Химические свойства белков

2. Классификация и физико-химические свойства белков, строение ферментов. Классификация белков.

Классификация белков базируется на их химическом составе. Согласно этой классификации белки бывают простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот, то есть из одного или нескольких полипептидов. К простым белкам, имеющимся в организме человека, относятся альбумины, глобулины, гистоны, белки опорных тканей.

В молекуле сложного белка, кроме аминокислот, ещё имеется неаминокислотная часть, называемая простетической группой. В зависимости от строения этой группы выделяют такие сложные белки, как фосфопротеиды( содержат фосфорную кислоту), нуклеопротеиды ( содержат нуклеиновую кислоту), гликопротеиды (содержат углевод), липопротеиды (содержат липоид) и другие.

Согласно классификации, которая базируется на пространственной форме белков, белки разделяются на фибриллярные и глобулярные.

Фибриллярные белки состоят из спиралей, то есть преимущественно из вторичной структуры. Молекулы глобулярных белков имеют шаровидную и эллипсоидную форму.

Примером фибриллярных белков является коллаген – самый распространенный белок в теле человека. На долю этого белка приходится 25-30% от общего числа белков организма. Коллаген обладает высокой прочностью и эластичностью. Он входит в состав сосудов мышц, сухожилий, хрящей, костей, стенки сосудов.

Примером глобулярных белков являются альбумины и глобулины плазмы крови.

Физико-химические свойства белков.

Одной из главных особенностей белков является их большая молекулярная масса. которая колеблется в диапазоне от 6000 до нескольких миллионов дальтон.

Другим важным физико-химическим свойством белков является их амфотерность,то есть наличие, как кислотных, так и основных свойств. Амфотерность связана с наличием в составе некоторых аминокислот свободных карбоксильных групп, то есть кислотных, и аминогрупп, то есть щелочных. Это приводит к тому, что в кислой среде белки проявляют щелочные свойства, а в щелочной среде – кислотные. Однако при определенных условиях белки проявляют нейтральные свойства. Значение рН, при котором белки проявляют нейтральные свойства, называется изоэлектрической точкой. Изоэлектрическая точка для каждого белка индивидуальна. Белки по этому показателю делят на два больших класса – кислые и щелочные, так как изоэлектрическая точка может быть сдвинута либо в одну, либо в другую сторону.

Еще одно важное свойство белковых молекул – это растворимость. Несмотря на большой размер молекул белки довольно хорошо растворимы в воде. Причем растворы белков в воде весьма устойчивы. Первой причиной растворимости белков является наличие на поверхности молекул белков заряда, благодаря чему белковые молекулы практически не образуют нерастворимые в воде агрегаты. Второй причиной устойчивости белковых растворов является наличие у белковой молекулы гидратной (водной) оболочки. Гидратная оболочка отделяет белки друг от друга.

Третье важное физико-химическое свойство белков – это высаливание,то есть способность выпадать в осадок под действием водоотнимающих средств. Высаливание – процесс обратимый. Эта способность то переходить в раствор, то выходить из него очень важна для проявления многих жизненных свойств.

Наконец, важнейшим свойством белков является его способность к денатурации.Денатурация — это потеря белком нативности. Когда мы делаем яичницу на сковороде, мы получаем необратимую денатурацию белка. Денатурация заключается в постоянном или временном нарушении вторичной и третичной структуры белка. но при этом первичная структура сохраняется. Помимо температуры(выше 50 градусов) денатурацию могут вызвать другие физические факторы: излучении, ультразвук, вибрация, сильные кислоты и щелочи. Денатурация может быть обратимой и необратимой. При небольших воздействиях разрушение вторичной и третичной структур белка происходит незначительное. Поэтому белок при отсутствии денатурирующего воздействия может восстановить свою нативную структуру. Процесс обратный денатурации называется ренатурация.Однако при продолжительном и сильном воздействии ренатурация становится невозможной, а денатурация, таким образом, необратимой.

Химические свойства белков

Процесс гидратации означает связывание белками воды, при этом они проявляют гидрофильные свойства: набухают, их масса и объем увеличивается. Набухание белка сопровождается его частичным растворением. Гидрофильность отдельных белков зависит от их строения. Имеющиеся в составе и расположенные на поверхности белковой макромолекулы гидрофильные амидные (–CO–NH–, пептидная связь), амин- ные (NH2 ) и карбоксильные (COOH) группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхность молекулы. Окружая белковые глобулы гидрат- ная (водная) оболочка препятствует устойчивости растворов белка. В изоэлектричес- кой точке белки обладают наименьшей способностью связывать воду, происходит разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяют- ся, образуя крупные агрегаты. Агрегация белковых молекул происходит и при их обезвоживании с помощью некоторых органических растворителей, например этило- вого спирта. Это приводит к выпадению белков в осадок. При изменении pH среды макромолекула белка становится заряженной, и его гидратационная способность ме- няется.

2. Денатурация белков.

При денатурации под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия химических агентов и других факторов) происходит измене- ние вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы, то есть ее нативной пространственной структуры. Первичная структура, а следователь- но, и химический состав белка не меняются. Изменяются физические свойства: сни- жается растворимость, способность к гидратации, теряется биологическая актив-ность. Меняется форма белковой макромолекулы, происходит агрегирование. В то же время увеличивается активность некоторых групп, облегчается воздействие на белки протеолитических ферментов, а, следовательно, он легче гидролизуется.

В пищевой технологии особое практическое значение имеет тепловая денатура- ция белков, степень которой зависит от температуры, продолжительности нагрева и влажности. Это необходимо помнить при разработке режимов термообработке пи- щевого сырья ,полуфабрикатов, а иногда и готовых продуктов. Особую роль про- цессы тепловой денатурации играют при бланшировании растительного сырья, суш- ке зерна, выпечке хлеба, получении макаронных изделий. Денатурация белков может вызываться и механическим воздействием (давлением, растиранием, встряхиванием, ультразвуком). К денатурации белков приводит действие химических реагентов (кислот, щелочей, спирта, ацетона). Все эти приемы широко используют в пищевой и биотехнологии.

Процесс пенообразования–это способность белков образовывать высококонцент- рированные системы «жидкость–газ» ,называемые пенами. Устойчивость пены, в ко- торой белок является пенообразователем, зависит не только от его природы и от кон- цнтрации,но и от температуры. Белки в качестве пенообразователей широко исполь- зуются в кондитерской промышленности(пастила, зефир, суфле).Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые свойства.

Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев.

  • Ксантопротеиновая–происходит взаимодействие ароматических и гетероатомных циклов в молекуле белка с концентрированной азотной кислотой, сопровождаю- щеееся появлением желтой окраски;
  • Биуретовая – происходит взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди(II) с образованием комплексных соединений между ионами Cu 2+ и полипептидами. Реакция сопровождается появлением фиолетово–синей окраски.;
  • при нагревании белков со щелочью в присутствии солей свинца выпадает черный осадок, который содержит серу.

В белках содержатся карбоксил и аминогруппа и при действии щелочей белок реагирует в форме аниона – соединяться с катионом щелочи, образуя соль альбу- минат:

При действии же кислот он становится катионом, образуя синтонин:

28. Триглицериды по своей сущности являются нейтральными жирами и имеют второе название — ацилглицеролы. Судя по составу и другим критериям, для их образования нужен глицерин и 3 высшие жирные кислоты. Создание триглицеридов происходит в печени, кишечнике, жировой ткани организма человека, но это не единственный способ получения триглицеридов. К человеку они могут поступать вместе с едой, обычно с растительными маслами.

Эти вещества являются одними из основных источников жира, который находится у нас в крови. Он используется для энергии клеток. Для разных возрастных категорий и в зависимости от пола человека имеются свои нормы содержания триглицеридов в крови. Их уровень может постоянно изменяться, но если какой-то длительный период их содержание превышает норму, это в большинстве случаев является показателем определённой образовавшейся проблемы. Часто такой проблемой является понижение полезного холестерина высокой плотности. Тогда в сосудах начинается заболевание, связанное с тем, что в кровь попадают частицы жира. Сам высокий уровень триглицеридов не несёт опасности для крови и сосудов, он является лишь показателем других опасных явлений, которые начали происходить. Диапазон от 40 до 250 мг/дл можно считать нормальным. Существуют мнения, что уровень триглицеридов нужно стараться поддерживать не выше 150 мг/дл. Оказывается, этот уровень можно понижать, насыщая организм Омега-3 кислотами или использовать другие методы. Существует специальная таблица, в которой зная пол и возраст человека можно посмотреть рекомендуемый диапазон триглицеридов в крови

29 К нуклеиновым кислотам относятся две группы веществ:

В основе строения этих веществ лежит нуклеотид — сложная структура, состоящая из азотистого основания, сахара и фосфата. Нуклеотид является основой любого макроэргического соединения и мономером любой нуклеиновой кислоты.

Макроэргические соединения — этоспецифические молекулы в структуре которых образуются особые макроэргические связи, то есть связи, насыщенные энергией. С помощью таких связей клетка запасает энергию, а при их разрушении — отдает энергию для осуществления биохимических реакций синтеза. Они также способны к переносу фосфатных и ацетильных групп в процессе обмена веществ в клетке, например при синтезе сложных углеводов. Самым широко известным и наиболее широко использующимся в клетке макроэргическим веществом является аденозинтрифосфат АТФ (АДФ, АМФ) ( дать структуру). В клетке также имеются такие макроэргические соединения, как флавинаденозиндифосфат (ФАД), никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ), уридинтрифосфат (УТФ, УМФ, УДФ). В поэтапном превращении АМФ в АТФ (в процессе фосфорилирования и дефосфорилирования) участвует фермент миокиназа.

Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, мономерами которых являются 5 видов нуклеотидов. Нуклеотиды различаются между собой по виду азотистого основания и типу молекулы пентозы, которые входят в их состав.

Азотистые основания делятся на пуриновые (двойное кольцо) — аденин и гуанин — и пиримидиновые (одинарное кольцо) — цитозин, урацил и тимин.

При считывании информации с ДНК на матричную РНК при биосинтезе белков, то есть при транскрипции, урацил соответствует тимину.

Структура РНК и ДНК подчиняется правилу Чаргаффа, которое утверждает, что сумма пиримидиновых оснований равна сумме пуриновых оснований.

Строение белков, качественные реакции на белки

6. Белковые препараты, аминокислоты и заменители Белка

Белки — это азотсодержащие высокомолекулярные органические вещества со сложным составом и строением молекул.

Белок можно рассматривать как сложный полимер аминокислот.

Белки входят в состав всех живых организмов, но особо важную роль они играют в животных организмах, которые состоят из тех или иных форм белков (мышцы, покровные ткани, внутренние органы, хрящи, кровь).

Растения синтезируют белки (и их составные части -аминокислоты) из углекислого газа СО2 и воды Н2 О за счет фотосинтеза, усваивая остальные элементы белков (азот N, фосфор Р, серу S, железо Fe, магний Mg) из растворимых солей, находящихся в почве.

Животные организмы в основном получают готовые аминокислоты с пищей и на их базе строят белки своей организма. Ряд аминокислот (заменимые аминокислоты) могут синтезироваться непосредственно животными организмами.

Характерной особенностью белков является их многообразие, связанное с количеством, свойствами и способах соединения входящих в их молекулу аминокислот. Белки выполняют функцию биокатализаторов — ферментов, регулирующих скорость и направление химических реакций в организме. В комплексе с нуклеиновыми кислотами обеспечивают функции роста и передачи наследственных признаков, являются структурной основой мышц и осуществляют мышечное сокращение.

В молекулах белков содержатся повторяющиеся амидные связи С(0)—NH, названные пептидными (теория русского биохимика А.Я.Данилевского).

Таким образом, белок представляет собой полипептид, содержащий сотни или тысячи аминокислотных звеньев[4].

белковый химический гидратация аминокислота

2.Классификация белков

Классификация белков в значительной мере условна и построена на различных, часто случайных, признаках. Белки разделяют на животные, растительные и бактериальные, на фибриллярные и глобулярные, мышечные, нервной ткани и т. п. Учитывая исключительное многообразие белков, ни одну классификацию нельзя считать удовлетворительной, поскольку многие индивидуальные белки не подходят ни к одной группе. Обычно принято делить Б. на простые (протеины), состоящие только из остатков аминокислот, и сложные (протеиды), содержащие также простетические (небелковые) группы.

· Простые белки (протеины).

· 1) Альбумины — глобулярные белки. Растворимы в чистой воде и солевых растворах. Осаждаются при насыщении раствора сернокислым аммонием. Типичные представители: яичный альбумин, альбумин сыворотки крови.

· 2) Глобулины — глобулярные белки, но более высокого молекулярного веса. Растворимы в разведенных растворах солей, не растворимы в чистой воде. Осаждаются в полунасыщенном растворе сернокислого аммония. К этой группе относятся глобулины сыворотки крови, молока, эдестин конопли и ряд других животных и растительных белков.

· 3) Проламины (глиадины) — белки семян злаков. Растворимы в 70—80% спирте и не растворимы в воде. Относительно богаты пролином и глютаминовой кислотой. Типичные представители: глиадин пшеницы, гордеин ячменя, зеин кукурузы.

· 4) Глютелины — белки злаков. Растворимы в разведенных кислотах или щелочах, но не в нейтральных растворах.

· 5) Склеропротеины (альбуминоиды, протеиноиды) — нерастворимые в воде, солевых растворах, разведенных кислотах и щелочах, главным образом животного происхождения, несущие структурные (чаще опорные) функции. Склеропротеины — обычно фибриллярные белки, весьма устойчивые к действию пищеварительных ферментов. К ним относятся фибриллярные белки соединительной ткани, коллагены. содержащиеся в костях, коже, сухожилиях. Для коллагенов характерно образование при нагревании с водой желатины, которая застывает в гель при охлаждении, плавится при нагревании. Коллагены содержат много пролина и особенно оксипролина. Другую группу соединительнотканных белков представляют эластины. К склеропротеинам относятся также кератины волос, шерсти, богатые цистином, и фиброины шелка, паутины и т. п.

· 6) Протамины — белки основного характера, содержащиеся в сперме некоторых рыб и других животных в виде комплексов с ДНК. Имеют сравнительно небольшой молекулярный вес, содержат очень много аргинина и немного некоторых моноаминомонокарбоновых кислот. Иногда в их состав входят лизин и гистидин. Наиболее изучены клупеин (протамин из спермы сельди), сальмин (из спермы лосося).

· 7) Гистоны — белки менее выраженного основного характера, богатые диаминомонокарбоновыми кислотами. Входят в состав нуклеопротеидов клеточных ядер.

· Сложные белки (протеиды).

· Нуклеопротеиды — комплексы белка с нуклеиновыми кислотами. Имеют очень высокий молекулярный вес. Играют важнейшую роль в биосинтезе белка в организме, в передаче наследственных признаков и т. п.

· 1) Мукопротеиды — белки, содержащие мукополисахариды — углеводные группировки кислого характера (муцины, мукоиды). Содержатся главным образом в слизях, слюне, синовиальной жидкости и т. п.

· 2) Фосфопротеиды содержат фосфорную кислоту, обычно в виде сложного эфира с оксигруппой серина. Главные представители: казеин молока, вителлин яичного желтка.

· 3) Металлопротеиды — комплексы белков с металлами или органическими группировками, содержащими атомы металлов. К ним относятся многие хромопротеиды (белки, содержащие окрашенные группировки), например гемоглобин и другие пигменты крови, многие ферменты, например оксидазы, содержащие железо или медь, и др.

· 4) Липопротеиды — комплексы белков с различными липидами. В крови играют большую роль в переносе липидов. Входят в состав клеточных оболочек и внутренних мембран клеточных структур[5].

Также существует классификация белков в зависимости от выполняемых функций по классам:

Каталитическая. Наиболее многочисленная группа белков — это белки-ферменты, катализирующие биохимические реакции. С помощью белков-ферментов в живой клетке достигается закономерная последовательность химических превращений веществ, обеспечивающая жизнедеятельность организмов.

Оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы)

Защитные. Защитные белки предохраняют живой организм от разрушения или способствуют его выживанию при повреждении. Защитная функция белков — токсинов, вырабатываемых растениями, заключается в том, что они защищают растения от поедания их животными, а также ингибируют протеолитические ферменты насекомых-вредителей, повреждающих семена многих растений.

Иммуноглобулин, интерфероны, фибриноген, фибрин,

Запасные. Запасные белки в больших количествах накапливаются в клетках зерна и семян при созревании на растении, а затем при прорастании гидролизуются до аминокислот или молекулярных пептидов, используемых затем клеткой для формирования нового растения на ранних стадиях развития. В животном организме белки в запас не откладываются поэтому должны поступать вместе с пищей ежедневно в необходимых количествах.

У животных — ферритин, альбумин, казеин

У растений — легумины и вицилины (семена гороха), глютен, пролин, серин (семена пшеницы), оризенин (семена риса)

Сократительные. В акте мышечного сокращения и расслабления участвует множество белковых веществ. Однако главную роль в этих жизненно важных процессах играют актин и миозин — специфические белки мышечной ткани. Сократительная функция присуща не только мышечным белкам, но и белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза).

Миозин, актин, тубулин[2]

Среди органических веществ белки. или протеины. — самые многочисленные, наиболее разнообразные и имеющие первостепенное значение биополимеры. На их долю приходится 50 — 80% сухой массы клетки.

Молекулы белков имеют большие размеры, поэтому их называют макромолекулами. Кроме углерода, кислорода, водорода и азота, в состав белков могут входить сера, фосфор и железо. Белки отличаются друг от друга числом (от ста до нескольких тысяч), составом и последовательностью мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты.

Бесконечное разнообразие белков создается за счет различного сочетания всего 20 аминокислот. Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде:

Молекула аминокислоты состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей, одна из которых является аминогруппой (—NH2 ) с основными свойствами, другая — карбоксильной группой (—COOH ) с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом (R ), у разных аминокислот имеет различное строение. Наличие в одной молекуле аминокислоты основной и кислотной групп обусловливает их высокую реакционную способность. через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании белка. При этом возникает молекула воды, а освободившиеся электроны образуют пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами .

Молекулы белков могут иметь различные пространственные конфигурации, и в их строении различают четыре уровня структурной организации[3].

1. Первичная структура.

Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Именно первичная структура белковой молекулы определяет свойства молекул белка и ее пространственную конфигурацию. Замена всего лишь одной аминокислоты на другую в полипептидной цепочке приводит к изменению свойств и функций белка. Например, замена в в-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию — транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание — серповидноклеточная анемия.

Методы изучения первичной структуры белка.

Изучение первичной структуры белков имеет важное общебиологическое и медицинское значение. Изучая порядок чередования аминокислотных остатков в индивидуальных белках и сопоставляя эти знания с особенностями пространственного расположения молекулы, можно выявить общие фундаментальные закономерности формирования пространственной структуры белков.

Кроме того, многие генетические болезни — результат нарушения в аминокислотной последовательности белков. Информация о первичной структуре нормального и мутантного белка может быть полезна для диагностики и прогнозирования развития заболевания.

Установление первичной структуры белков включает 2 основных этапа:

* определение аминокислотного состава изучаемого белка;

* определение аминокислотной последовательности в белке.

2. Вторичная структура.

Большинство белков имеют вид спирали в результате образования водородных связей между—CO- и —NH- группами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи. Водородные связи малопрочные, но в комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Эта спираль — вторичная структура белка. При этом пептидные цепи могут приобретать регулярные структуры двух типов: б-спираль и в-структура.

В данном типе структуры пептидный остов закручивается в виде спирали за счёт образования водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами азота аминогрупп, входящих в состав пептидных групп через 4 аминокислотных остатка. Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали. На один виток б-спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка.

В образовании водородных связей участвуют практически все атомы кислорода и водорода пептидных групп. В результате б-спираль «стягивается» множеством водородных связей. Несмотря на то что данные связи относят к разряду слабых, их количество обеспечивает максимально возможную стабильность б-спирали. Так как все гидрофильные группы пептидного остова обычно участвуют в образовании водородных связей, гидрофильность (т.е. способность образовывать водородные связи с водой) б-спиралей уменьшается, а их гидрофобность увеличивается. б-Спиральная структура — наиболее устойчивая конформация пептидного остова, отвечающая минимуму свободной энергии. В результате образования б-спиралей полипептидная цепь укорачивается, но если создать условия для разрыва водородных связей, полипептидная цепь вновь удлинится.

в-Структура формируется за счёт образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи, делающей изгибы, или между разными полипептидными цепями. в-Структура образует фигуру, подобную листу, сложенному «гармошкой», — в-складчатый слой.

Когда водородные связи образуются между атомами пептидного остова различных полипептидных цепей, их называют межцепочечными связями. Водородные связи, возникающие между линейными участками внутри одной полипептидной цепи, называют внутрицепочечными. В в-структурах водородные связи расположены перпендикулярно полипептидной цепи.

Если связанные полипептидные цепи направлены противоположно, возникает антипараллельная в-структура, если же N- и С-концы полипептидных цепей совпадают, образуется структура параллельного в-складчатого слоя[7].

3. Третичная структура.

Третичная структура — трехмерная пространственная «упаковка» полипептидной цепи. В результате возникает причудливая, но для каждого белка специфическая конфигурация —глобула. Прочность третичной структуры обеспечивается разнообразными связями, возникающими между радикалами аминокислот.

4.Четвертичная структура характерна не для всех белков. Она возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул белка.

Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам.

Нарушение природной структуры белка называют денатурацией. Она может происходить под воздействием температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остается в виде полипептидной цепи.

Этот процесс частично обратим: если не нарушена первичная структура, то денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру. Отсюда следует, что все особенность строение макромолекулы белка определяются его первичной структурой[6].

4.Качественные реакции на белки

·РЕАКЦИЯ ПИОТРОВСКОГО (БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ)

В белках аминокислоты связаны друг с другом по типу полипептидов и дикетопиперазинов. Образование полипептидов из аминокислот происходит путем отщепления молекулы воды от аминогруппы одной молекулы аминокислоты и карбоксильной группы другой молекулы:

Образующаяся группа -С(О)-NН- называется пептидной группой, связь С-N, соединяющая остатки молекул аминокислот, — пептидной связью. При взаимодействии дипептида с новой молекулой аминокислоты получается трипептид и т. д. Дикетопиперазины образуются при взаимодействии двух молекул аминокислот с отщеплением двух молекул воды:

Дикетопиперазины были выделены из белков Н.Д.Зелинским и В.С.Садиковым в 1923 г.

Наличие в белке повторяющихся пептидных групп подтверждается тем, что белки дают фиолетовое окрашивание при действии небольшого количества раствора медного купороса в присутствии щелочи (биуретовая реакция).

Эта реакция используется для обнаружения -аминокислот, содержащих ароматические радикалы. Тирозин, триптофан, фенилаланин при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуют нитропроизводные, имеющие желтую окраску. В щелочной среде нитропроизводные этих -аминокислот дают соли, окрашенные в оранжевый цвет:

Это реакция на цистеин и цистин. При щелочном гидролизе «слабосвязанная сера» в цистеине и цистине достаточно легко отщепляется, в результате чего образуется сероводород, который, реагируя со щелочью, даёт сульфиды натрия и калия. При добавлении ацетата свинца (II) образуется осадок сульфида свинца (II) серо-черного цвета:

· НИНГИДРИНОВАЯ ПРОБА (реакция Руэманна)

-Аминокислоты реагируют с нингидрином, образуя сине-фиолетовый комплекс (пурпур Руэманна), интенсивность окраски которого пропорциональна количеству аминокислоты:

Эта реакция на аминокислоту аргинин основана на взаимодействии аргинина с a-нафтолом в присутствии окислителя. Ее механизм еще полностью не выяснен. По-видимому, реакция осуществляется по следующему уравнению:

Эта реакция на аминокислоту тирозин. Реактив Миллона (раствор HgNO3 и Hg(NO2 )2 в разбавленной HNO3. содержащей примесь HNO2 ) взаимодействует с тирозином с образованием ртутной соли нитропроизводного тирозина, окрашенной в розовато-красный цвет:

ртутные соли нитропроизводного тирозина (розовый цвет)

Цветная качественная реакция на триптофан и триптофансодержащие белки, основанная на фиолетово-синем окрашивании их растворов после добавления глиоксиловой и концентрированной серной кислот.

Взаимодействие 4-диметиламинобензальдегида (т.н. реагент Эрлиха) с триптофаном или его остатками в белках (пептидах) по схеме[8]:

5.Физико-химические свойства белков

Аминокислотный состав и пространственная организация каждого белка определяют его физико-химические свойства. Белки обладают кислотно-основными, буферными, коллоидными и осмотическими свойствами.

Коллоидные и осмотические свойства белков

Поведение белков в растворах имеет некоторые особенности. Обычные коллоидные растворы устойчивы только в присутствии стабилизатора, который препятствует осаждению коллоидов, располагаясь на границе раздела «растворенное вещество — растворитель».

Водные растворы белков являются устойчивыми и равновесными, они со временем не выпадают в осадок (не коагулируют) и не требуют присутствия стабилизаторов. Белковые растворы гомогенны и, в сущности, их можно отнести к истинным растворам. Однако высокая молекулярная масса белков придает их растворам многие свойства коллоидных систем:

· характерные оптические свойства (опалесценция растворов и способность их рассеивать лучи видимого света)

· малая скорость диффузии

· неспособность проникать через полупроницаемые мембраны

· высокая вязкость растворов

· способность к образованию гелей

Гидратация белков и факторы, влияющие на их растворимость

Белки — гидрофильные вещества. Если растворять сухой белок в воде, то сначала он, как всякое гидрофильное высокомолекулярное соединение, набухает, а затем молекулы белка начинают постепенно переходить в раствор. При набухании молекулы воды проникают в белок и связываются с его полярными группами. Плотная упаковка полипептидных цепей разрыхляется. Набухший белок можно считать как бы обратным раствором, т. е. раствором молекул воды в высокомолекулярном веществе — белке. Дальнейшее поглощение воды приводит к отрыву молекул белка от общей массы и растворению. Но набухание не всегда ведет к растворению; некоторые белки, например коллаген, так и остаются в набухшем виде, поглотив большое количество воды.

Растворение связано с гидратацией белков, т. е. связыванием молекул воды с белками. Гидратная вода так прочно связана с макромолекулой белка, что отделить ее удается с большим трудом. Это говорит не о простой адсорбции, а об электростатическом связывании молекул воды с полярными группами боковых радикалов кислых аминокислот, несущих отрицательный заряд, и основных аминокислот, несущих положительный заряд.

Факторы, влияющие на растворимость белков. Растворимость разных белков колеблется в широких пределах. Она определяется их аминокислотным составом (полярные аминокислоты придают большую растворимость, чем неполярные), особенностями организации (глобулярные белки, как правило, лучше растворимы, чем фибриллярные) и свойствами растворителя. Например, растительные белки — проламины — растворяются в 60-80%-ном спирте, альбумины — в воде и в слабых растворах солей, а коллаген и кератины нерастворимы в большинстве растворителей.

Денатурация (денативация) и ренатурация (ренативация)

При действии различных веществ, нарушающих высшие уровни организации белковой молекулы (вторичную, третичную, четвертичную) с сохранением первичной структуры, белок теряет свои нативные физико-химические и, главное, биологические свойства. Это явление называется денатурацией (денативацией). Оно характерно только для молекул, имеющих сложную пространственную организацию. Синтетические и природные пептиды не способны к денатурации.

При денатурации разрываются связи, стабилизирующие четвертичную, третичную и даже вторичную структуры. Полипептидная цепь разворачивается и находится в растворе или в развернутом виде, или в виде беспорядочного клубка. При этом теряется гидратная оболочка и белок выпадает в осадок. Однако осажденный денатурированный белок отличается от того же белка, осажденного путем высаливания, так как в первом случае он утрачивает нативные свойства, а во втором сохраняет. Это указывает на то, что механизм действия веществ, вызывающих денатурацию и высаливание, разный. При высаливании сохраняется нативная структура белка, а при денатурации разрушается.

Денатурирующие факторы делятся на:

6.Белковые препараты, аминокислоты изаменители Белка

Глобулины неспецифические (нормальные). Водный раствор глобулиновой фракции белка сыворотки крови животных. Прозрачный раствор. Содержит гамма- и бетаглобулины.

Действует стимулирующе, ускоряет рост и развитие животных.

Применяют для ускорения развития молодняка животных и предупреждения желудочно-кишечных заболеваний. Для лечения легочных и желудочно-кишечных заболеваний лучше использовать с химиотерапевтическими средствами. Препарат назначают подкожно или внутримышечно с первых дней жизни.

Нормальный иммуноглобулин. Комплексный препарат гамма-глобулина сыворотки крови (свиней) и серноватистокислого натрия. Слегка опалесцирующий раствор.

Действует и применяют подобно глобулинам неспецифическим.

Назначают для профилактики и лечения желудочнокишечных заболеваний совместно с антибиотиками и сульфаниламидами, для повышения резистентности и ускорения развития новорожденным животным.

Метионин. Белый кристаллический порошок, растворимый в воде. Получают синтетически. Метионин — незаменимая аминокислота, постоянно присутствующая в организме.

Действие. Участвует в обмене веществ, в обезвреживании в организме ядов и продуктов обмена, в синтезе многих гормонов, медиаторов, витаминов.

Применяют для ускорения роста и откорма свиней и птиц, для повышения яйценоскости птиц. Большое количество метионина содержит творог, который также используют цыплятам для ускорения их развития.

Для ускорения восстановительных процессов рекомендуется включать в меню специальные пищевые препараты. К ним относятся: питательная смесь «Эрготон», «Регузал», «Репирол», «Динвитол», сублимационные соки и другие средства, содержащие сбалансированный комплекс белков, жиров, углеводов, витаминов и микроэлементов.

Белок в деятельности нашего организма играет важнейшую роль.

Он образовывает и формирует ткани наших органов и мышц. Он необходим при синтезе гормонов. Из белка образуются ферменты, без которых клеткам организма — хана. Нервная система тоже не может функционировать без белка, поскольку передача клеточной информации по нервной системе будет нарушена. Мы станем медленно и неправильно двигаться и тупо соображать. Иммунная система ослабнет, и малейшего дуновения ветерка нам хватит, чтобы подхватить ОРЗ. Без белков у вас не свернется кровь и, порезавшись при бритье или неосторожном обращении с ножом, вы рискуете истечь кровью без остатка.

Белок нормализует работу печени и почек и сказывается на здоровье нашей кожи. Если сократить потребление белка в значительной мере, стареть мы станем катастрофически быстро. Белок участвует в энергетических процессах организма и вырабатывает из 1 грамма 4 килокалории энергии.

И вообще, наше ДНК, — это молекулы белка, который является строительным материалом всего организма. Все это значит, что белки, так или иначе, участвуют в большинстве процессов, проистекающих в нашем организме, и без них — никак не обойтись. Белки не жиры, они не накапливаются. Стало быть, поступать в наш организм они должны постоянно и регулярно. Естественно, с пищей, в которой содержится белок.

А где содержится белок?

В молоке и рыбе. И быстрее всего переваривается. Белок в мясе переваривается несколько медленнее. И совсем медленно перевариваются белки растительного происхождения. Стало быть, для поддержания в порядке функций организма, основная масса белков должна быть животного происхождения. Соотношения — по науке — должно быть таково: 70% белков, поступающих в организм, должно быть происхождения животного (мясо, молоко, яйца и рыба, к примеру) и 30% — растительного (хлеб, горох, картошка). Причем, белки животного происхождения имеют абсолютно полный набор крайне нужных организму аминокислот, чего не скажешь о белке растительного происхождения. Полноценный белок растительного происхождения содержат только бобы. Так что, садясь на диету или отказываясь от мяса (и рыбы), мы просто губим свой организм, приводя его к разбалансировке и, как следствие, к гибели.

1) Электронный ресурс: [http://bono-esse.ru]

2) Электронный ресурс: [http://cribs.me]

3) Электронный ресурс: [http://edu.glavsprav.ru]

4) Электронный ресурс: [http://works.tarefer.ru]

5) Электронный ресурс: [http://www.medical-enc.ru]

6) Электронный ресурс: [https://ru.wikipedia.org]

7) Биохимия: учебник для вузов/ под ред. Е.С.Северина — 5-е изд. — М. ГЭОТАР-Медиа, 2009.

8) Полянская А.С. Шевелева А.О. Методическая разработка по лабораторным работам: «Аминокислоты» и «Белки». Л. 1976, 37 с. Электронный ресурс [http://him.1september.ru]

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Строение и основные свойства белков, их роль в живой природе. Пространственное строение белков. Качественные реакции на белки. Образование сгустков крови при ее свертывании. Белковые компоненты крови. Процесс образования и свертывания казеина.

презентация [1,2 M], добавлен 01.10.2012

Строение и общие свойства аминокислот, их классификация и химические реакции. Строение белковой молекулы. Физико-химические свойства белков. Выделение белков и установление их однородности. Химическая характеристика нуклеиновых кислот. Структура РНК.

курс лекций [156,3 K], добавлен 24.12.2010

Основные химические элементы, входящие в состав белков. Белки — полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Строение аминокислот, уровни организации белковых молекул. Структуры белка, основные свойства белков. Денатурация белка и ее виды.

презентация [1,7 M], добавлен 15.01.2011

Оценка сложившегося административно-территориального устройства России. Исследование белков. Классификация белков. Состав и строение. Химические и физические свойства. Химический синтез белков. Значение белков.

реферат [537,6 K], добавлен 13.04.2003

Общая характеристика, классификация, строение и синтез белков. Гидролиз белков с разбавленными кислотами, цветные реакции на белки. Значение белков в приготовлении пищи и пищевых продуктов. Потребность и усвояемость организма человека в белке.

курсовая работа [29,7 K], добавлен 27.10.2010

Белки как высокомолекулярные природные соединения, состоящие из остатков аминокислот, которые соединены пептидной связью. Качественный состав белков, их структура и функции. Процессы гидролиза (кислотно-основного, ферментативного) и денатурация белков.

презентация [212,1 K], добавлен 11.02.2015

Роль в живой природе. Состав и свойства белков. Классификация белков. Определение строения белков. Определение наличия белка. Идентификация белков и полипептидов. Синтез пептидов. Искусственное получение белка. Аминокислоты.

реферат [16,2 K], добавлен 01.12.2006

Строение и уровни укладки белковых молекул, конформация. Характеристика функций белков в организме: структурная, каталитическая, двигательная, транспортная, питательная, защитная, рецепторная, регуляторная. Строение, свойства, виды и реакции аминокислот.

реферат [1,0 M], добавлен 11.03.2009

Белки – высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот. Наследственная информация сосредоточена в молекуле ДНК. С помощью белков реализуется генетическая информация. Классификация аминокислот.

реферат [21,6 K], добавлен 17.01.2009

Понятие и основатели химии белка. Состав, уровень организации, структура белка. Денатурация, биуретовая реакция, гидролиз белков. Полноценные и неполноценные белки. Белки, жиры и углеводы — основа питания, их необходимое количество для человека.

презентация [7,4 M], добавлен 26.01.2011

Классификация. Биологические и химические свойства белков

Понятие о нативном белке

При определœенных значениях рН и температуры ППЦ обладает, как правило, только одной конформацией, которая принято называть нативной и при которой белок в организме выполняет свою специфическую функцию. Почти всœегда эта единственная конформация в энергетическом отношении преобладает над десятками и сотнями вариантов других конформаций.

Удовлетворительной классификации белков не существует, они условно классифицируются по пространственному строению, растворимости, биологическим функциям, физико — химическим свойствам и другим признакам.

1. по строению и форме молекул белки подразделяют на:

2. по химическому составу делятся на:

— простые, которые состоят только из аминокислотных остатков

— сложные, имеют в составе молекулы соединœения небелковой природы. Классификация сложных белков основана на химической природе небелковых компонентов.

Один из главных типов классификации:

З.по выполняемым биологическим функциям:

— ферментативный катализ. В биологических системах всœе химические реакции катализируются специфическими белками-ферментами. Известно более 2000

ферментов. Ферменты — мощные биокатализаторы, которые ускоряют реакцию как минимум в 1 млн. раз.

— транспорт и накопление

Перенос многих молекул небольшого размера и различных ионов часто осуществляется специфическими белками, к примеру гемоглобином, миоглобином, которые переносят кислород. Пример накопления: ферритин накапливается в печени.

координированное движение. Белки являются основным компонентом сократительных мышц ( актиновые и миозиновые волокна). Движение на микроскопическом уровне — это расхождение хромосом во время митоза, движение сперматозоидов за счёт жгутиков.

— механическая опора. Высокая упругость кожи и костей обусловлена наличием фибриллярного белка — коллагена.

— иммунная защита. Антитела — это высокоспецифические белки, способные узнавать и связывать вирусы, бактерии, клетки других организмов.

— генерирование и передача импульсов. Ответ нервных клеток на импульсы опосредован рецепторными белками

регуляция роста и дифференцировки. Строгая регуляция последовательности экспрессии генетической информации необходима для роста дифференцировки клеток. В любой отрезок времени жизни организма экспрессируется только небольшая часть генома клетки. К примеру, под действием специфического белкового комплекса формируется сеть нейронов у высших организмов.

К другим функциям пептидов и белков относят гормональные. После того как человек научился осуществлять синтез гормональных пептидов, они стали иметь исключительно важное биомедицинское значение. Пептидами являются различные антибиотики, к примеру, валиномицин, противоопухолевые препараты. Кроме того белки выполняют функции механической защиты (кератин волос или слизистые образования, выстилающие ЖКТ или полость рта).

Основное проявление существования любых живых организмов — это воспроизведение себе подобных. В конечном итоге, наследственная информация представляет собой кодирование последовательности аминокислот всœех белков организма. На здоровье человека влияют белковые токсины.

Молекулярная масса белков измеряется в дальтонах (Да) — это единица массы, практически равная массе водорода (-1,000). Термин дальтон и молекулярная масса вводятся как взаимозаменяемые. Mr большинства белков находится в пределах от 10 до 100000.

В корне многообразия выполняемых белками функций лежит необычайная универсальность их физико-химических свойств. Растворы белков являются молекулярно-дисперсными, вследствие большого размера растворённых молекул такие растворы имеют физические свойства, характерные для коллоидных систем (буферные свойства, гидрофобность, онкотическое давление, седиментация, коагуляция, высаливание, диализ). Коллоидные растворы представляют из себярастворы с размером частиц от 0,1 до 0,01 микрон. Наличие на поверхности белковых молекул ионизирующих групп (NH2 -COOH ) определяет кислотно — основные характеристики растворов белков. Таких ионогенных групп может насчитываться до 15-20 на каждые 100 аминокислотных остатков. Т.о. белки — это полиэлектролиты, т.к. они могут содержать одновременно ʼʼ+ʼʼ и ʼʼ-ʼʼ заряженные группировки, белки являются амфолитами. Значение рН, при котором

белок находится в изоэлектрическом состоянии (ᴛ.ᴇ. когда заряд равен 0), называют изоэлектрической точкой. В кислой среде увеличение концентрации Н + приводит к подавлению диссоциации СООН- группы и уменьшает ʼʼ-ʼʼ заряд белков.

В щелочной среде избыток ОН связывается с протонами Н +. образованными при

NH2 + H2 O. что уменьшает ʼʼ+ʼʼ заряд молекулы.

Т.о. суммарный заряд какого-либо белка зависит от рН раствора. Для многих ферментов

характерно то, что их нативная активность проявляется при значениях рН, близких к

ИЭТ, в связи с этим даже самые незначительные изменения рН крови, цитоплазмы, клеток и

т.д. приводят к очень серьезным последствиям и являются причиной целого ряда

заболеваний. Большинство белков имеет гидрофильную поверхность, однако некоторые

на поверхности содержат гидрофобные радикалы, как следствие этого плохо растворимы

или не растворимы в воде, но растворимы в липидах.

Процесс взаимодействия таких радикалов с липидами принято называть сольватация. Такие

белки характерны для мембран. Кроме значения рН растворимость белка зависит от его

химической природы и состава растворителя. К примеру, белки, не растворимые в воде,

растворяются в присутствии низких концентраций нейтральных солей.

Некоторые примеры растворимости белков: альбумины растворимы в воде и в солевых

растворах, глобулины слабо растворимы в воде, но хорошо в солевых растворах.

Кроме уровня организации молекулы, аминокислотного состава ППЦ на растворимость

белков существенное влияние оказывает рН.

В ИЭТ белки способны агрегироваться и выпадать в осадок. Осаждение белков может

быть вызвано и другими факторами, к примеру, действие водоотнимающих средств,

таких как C2 H5 OH, CH3 COH, CHOH. Растворимость белка снижается при денатурации.

Этот процесс связан с разрывом, нарушением слабых связей и взаимодействий, которые

поддерживают нативную структуру. Ковалентные связи при этом не изменяются.

2. изменение нормального для белка значения рН

3. высокие концентрации солей, которые нарушают электростатические взаимодействия и водородные связи

4. соли тяжёлых металлов, которые образуют с белками стойкие нерастворимые комплексы

5. мочевина и гуанидин, который действует на гидрофобные взаимодействия и водородные связи

6. сульфидные связи (13-меркаптоэтанол) или надмуравьиная кислота͵ которые разрушают дисульфидные связи.

Денатурация должна быть обратимой и необратимой. Находящиеся на поверхности аминокислотные остатки способны образовывать разнообразные связи с другими веществами, которые называют лигандами. Как правило, белковые молекулы имеют специфические центры связи, имеющие вид углубления. Существуют определённые принципы взаимодействия белков с лигандами:

1. сосœедние остатки ППЦ могут взаимодействовать таким образом, что доступ воды к другим участкам поверхности белка должна быть ограничен, в данном случае удаётся достигнуть более прочных водородных связей и ионных взаимодействий между белком и лигандом,

2. образование комплекса из сосœедних полярных аминокислот изменяет реакционную способность боковых группировок, что может привести к активированию обычно неактивных функциональных группировок,

3. значительную роль во взаимодействиях белков с другими молекулами играют гидрофобные остатки аминокислот.

Помимо активного центра у белков имеются определённые участки, которые способны регулировать активность связывания, взаимодействие белка с другими веществами — такие участки называются аллостерическими. Аллостерические центры характерны для многих ферментов и играют роль в их активности.

Физико-химические свойства белков — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Физико-химические свойства белков» 2014, 2015.


3.8.2. Белки

пространственная ориентация полипептидной
спирали или способ ее укладки определенном объеме
в глобулы (клубки) или фибриллы (нити)

Из-за специфики своего строения белки могут обладать разнообразными свойствами. Например, белки, имеющие глобулярную четвертичную структуру, в частности белок куриного яйца, растворяются в воде с образованием коллоидных растворов. Белки, обладающие фибриллярной четвертичной структурой в воде не растворяются. Фибриллярными белками, в частности, образованы ногти, волосы, хрящи.

Химические свойства белков

Все белки способны вступать в реакцию гидролиза. В случае полного гидролиза белков образуется смесь из α -аминокислот:

Белок + nH2 O => смесь из α-аминокислот

Денатурация

Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка без разрушения его первичной структуры называют денатурацией. Денатурация белка может протекать под действием растворов солей натрия, калия или аммония – такая денатурация является обратимой:

Денатурация же протекающая под действием излучения (например, нагрева) или обработке белка солями тяжелых металлов является необратимой:

Так, например, необратимая денатурация белка наблюдается при термической обработке яиц в процессе их приготовления. В результате денатурации яичного белка его способность растворяться в воде с образованием коллоидного раствора исчезает.

Качественные реакции на белки

Биуретовая реакция

Если к раствору, содержащему белок добавить 10%-й раствор гидроксида натрия, а затем небольшое количество 1 %-го раствора сульфата меди, то появится фиолетовое окрашивание.

раствор белка + NаОН(10%-ный р-р) + СuSO4 = фиолетовое окрашивание

Ксантопротеиновая реакция

растворы белка при кипячении с концентрированной азотной кислотой окрашиваются в желтый цвет:

раствор белка + HNO3(конц.) => желтое окрашивание

Биологические функции белков

Правила перепечатки информации с сайта Наука для тебя

Уважаемый посетители!
Если вы используете информацию с сайта ОЗНАКОМЛЕНИЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО !
В этом документе вы можете узнать, на каких условиях вы сможете использовать материалы сайта Наука для тебя(scienceforyou.ru) на своих ресурсах, в своих рассылках и.т.д.

Вам разрешается свободно использовать в своих целях любой документ при соблюдении следующих условий:

СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО: копировать с сайта изображения с дипломами об образовании.
1. ФИО и другие реквизиты автора должны быть обязательно включены в перепечатываемую публикацию.

2. Любое искажение информации об авторе при перепечатке материалов запрещено!

3. Содержание урока или статьи при перепечатке не должно подвергаться переделке. Все уроки и статьи, размещенные на сайте, должны перепечатываться как есть. Вы не имеете права урезать, исправлять или иным образом переделывать материалы взятые с сайта.

4. В конце каждого перепечатываемого материала вы обязаны вставить ссылку на сайт scienceforyou.ru Ссылка на сайт обязательно должна быть работоспособной (при нажатии человек должен попадать на сайт автора материала).

5. Все документы и материалы представленные на сайте не могут быть использованы в коммерческих целях. Ограничение доступа к урокам и статьям также запрещено!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *