Биологические свойства белков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет» министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Реферат на тему:

«Белки»

Выполнил: студентка фармацевтического факультета

2 курса группы 3107

Шелихова Е.А.

Проверил: старший преподаватель кафедры химии

Прищепова О.Ф.

Томск-2013



Содержание

Введение

1. История изучения

2. Общая формула

3. Классификация

4. Строение белков

4.1 Первичная структура

4.2 Вторичная структура

4.3 Третичная структура

4.4 Четвертичная структура

5. Химические свойства

5.1 Кислотно-основные свойства

5.2 Гидролиз

5.3 Денатурация

5.4 Пенообразование

5.5 Горение

5.6 Гидратация

6. Качественные реакции

6.1 Универсальные

6.2 Специфические

7. Биологические функции белков

Заключение

Список литературы



Введение

Белки -- высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью б-аминокислот. Мономерами белков являются б-аминокислоты L-ряда. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Образование молекулы белка происходит за счёт взаимодействия карбоксильной группы одной аминокислоты с аминогруппой другой кислоты с образованием пептидной связи:

Белковые молекулы содержат от 100 до 1500 аминокислотных остатков (более короткие цепи называются пептидами).

Относительная молекулярная масса белков от 16000 до нескольких миллионов г/моль.



1. История изучения

белок высокомолекулярный денатурация аминокислотный

Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана де Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы.

В начале XIX века уже были получены некоторые сведения об элементарном составе белков, было известно, что при гидролизе белков образуются аминокислоты. Некоторые из этих аминокислот (например, глицин и лейцин) уже были охарактеризованы. Голландский химик Геррит Мульдер на основе анализа химического состава белков выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулу. В 1836 году Мульдер предложил первую модель химического строения белков. Основываясь на теории радикалов, он после нескольких уточнений пришёл к выводу, что минимальная структурная единица белка обладает следующим составом: C40H62N10O12. Эту единицу он назвал «протеином» (Pr) (от греч. протос -- первый, первичный), а теорию -- «теорией протеина». Сам термин «протеин» был предложен ещё шведским химиком Якобом Берцелиусом. Согласно представлениям Мульдера, каждый белок состоит из нескольких протеинных единиц, серы и фосфора. Например, он предложил записывать формулу фибрина как 10PrSP. Мульдер также исследовал продукты разрушения белков -- аминокислоты и для одной из них (лейцина) с малой долей погрешности определил молекулярную массу -- 131 дальтон. По мере накопления новых данных о белках теория протеина стала подвергаться критике, но, несмотря на это, до конца 1850-х всё ещё считалась общепризнанной.

К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, которые входят в состав белков. В 1894 году немецкий физиолог Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков. В начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки состоят из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Он же осуществил первый анализ аминокислотной последовательности белка и объяснил явление протеолиза.

Однако центральная роль белков в организмах не была признана до 1926 года, когда американский химик Джеймс Самнер (впоследствии -- лауреат Нобелевской премии по химии) показал, что фермент уреаза является белком[7].

Сложность выделения чистых белков затрудняла их изучение. Поэтому первые исследования проводились с использованием тех полипептидов, которые легко могли быть очищены в большом количестве, то есть белков крови, куриных яиц, различных токсинов, а также пищеварительных/метаболических ферментов, выделяемых после забоя скота. В конце 1950-х годов компания Armour Hot Dog Co. смогла очистить килограмм бычьей панкреатической рибонуклеазы А, которая стала экспериментальным объектом для многих исследований.

Идея о том, что вторичная структура белков -- результат образования водородных связей между аминокислотными остатками, была высказана Уильямом Астбери в 1933 году, но Лайнус Полинг считается первым учёным, который смог успешно предсказать вторичную структуру белков. Позднее Уолтер Каузман, опираясь на работы Кая Линдерстрём-Ланга внёс весомый вклад в понимание законов образования третичной структуры белков и роли в этом процессе гидрофобных взаимодействий. В конце 1940-х -- начале 1950-х годов Фредерик Сенгер разработал метод секвенирования белков, с помощью которого он к 1955 году определил аминокислотную последовательность двух цепей инсулина[8][9][10], продемонстрировав, что белки -- это линейные полимеры аминокислот, а не разветвлённые (как у некоторых сахаров) цепи, коллоиды или циклолы. Первые пространственные структуры белков, полученные методом дифракции рентгеновских лучей (рентгеноструктурного анализа) стали известны в конце 1950-х -- начале 1960-х годов, а структуры открытые с помощью ядерного магнитного резонанса -- в 1980-х годах. В 2012 году Банк данных о белках (Protein Data Bank) содержал около 87 000 структур белков[11].

В XXI веке исследование белков перешло на качественно новый уровень, когда исследуются не только индивидуальные очищенные белки, но и одновременное изменение количества и посттрансляционных модификаций большого числа белков отдельных клеток, тканей или целых организмов. Эта область биохимии называется протеомикой. С помощью методов биоинформатики стало возможно не только обработать данные рентгеноструктурного анализа, но и предсказать структуру белка, основываясь на его аминокислотной последовательности. В настоящее время криоэлектронная микроскопия крупных белковых комплексов и предсказание пространственных структур белковых доменов с помощью компьютерных программ приближаются к атомарной точности.



2. Общая формула



3. Классификация

1.По степени сложности строения:

- простые (протеины) состоят только из белковой части и при гидролизе дают аминокислоты;

-сложные (протеиды) в состав входят добавочные группы небелковой природы (простетическая группа): в нуклеопротеидах- нуклеиновые кислоты, в фосфопротеидах- H3PO4, в гликопротеидах - углеводы, в липопротеидах какой-либо липид, в хромопротеидах - окрашенные соединения (гем) и др.

2.По форме белковой молекулы:

- фибриллярные(волокнистые) нерастворимые в воде. Молекулы нитевидны, способны сгруппироваться в пучки, образуя волокна. Фибриллярные белки являются главными компонентами наружного слоя кожи, волос, ногтей (кератин), участвуют в образовании соединительной ткани(коллаген, миозин).

-глобулярные(корпускулярные) растворимы в воде, в растворах кислот, оснований, солей. Молекулы имеют округлую форму. Большинство белков относится к этой группе. Выполняют разнообразные функции.

3. По биологическим и физиологическим функциям:

-ферменты (каталитически активные белки) являются биологическими катализаторами с регулируемой активностью;

-гормоны регулируют обмен веществ. Например: инсулин, тироглобулин;

-транспортные белки осуществляют связывание и транспорт веществ между тканями и через мембраны клеток, например: гемоглобин;

-структурные являются строительным материалом тканей, например: кератин, коллаген;

-рецепторы избирательно связывают различные регуляторы на поверхности клеточных мембран;

-ингибиторы ферментов регулируют активность ферментов;

-сократительные обеспечивают механический процесс сокращенияс использованием механической энергии;

-антитела защищают организм от чужеродных соединений, бактерий, вирусов;

-токсические белки выделяются змеями, пчёлами, микроорганизмами и являются ядами для других животных организмов.



4. Строение белков

Выделяют 4 уровня организации белка- первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура. Структура большинства белков состоит из трёх уровней.

4.1 Первичная структура (низший уровень)

Это определённый состав и последовательность б-аминокислот в полипептидной цепи

В природных белках широко варьируются длина и состав цепи, в настоящее время расшифрованы первичные структуры для нескольких тысяч белков из различных организмов.

Для записи первичной структуры используется сокращённая трехбуквенная форма записи ,начиная с «N»-конца цепи.

Объединение аминокислот в полимерную цепь происходит в живом организме под управлением нуклеиновых кислот. Именно они обеспечивают строгий порядок сборки и регулируют фиксированную длину полимерной молекулы.

4.2 Вторичная структура

Определяется способом укладки полипептидной цепи в пространстве. Существует 2 типа стабильных структур : б-спираль и в-складчатая структура (в-складчатый слой).

б-спираль. Пептидная цепь сворачивается в спираль за счёт водородных связей между атомом кислорода карбонильной группы -С=О с каждым 5 атомом азота амидной группы -NH-. В альфа спирали на одном витке укладывается 3,6 аминокислотных остатков. Радикалы аминокислотных остатков находятся снаружи спирали и не участвуют в поддержании данной конфигурации. В природе существуют только правозакрученные б-спирали, так как они построены из L-стереоизомеров б-аминокислот.

Мышечный белок тропомиозин почти на 100% состоит изб-спиралей, в альбумине сыворотки крови 50 %, а в нейротоксинах змей - полностью отсутствуют б-спиральные участки.

в-складчатая структура. Структура имеет линейную конфигурацию. Такое строение удерживается благодаря образованию водородных связей между пептидными группами( - С=О, -NH-), но уже параллельно расположенных участков двух или более полипептидных цепей. Поскольку полипептидная цепь имеет направление, возможны варианты, когда направление цепей совпадает (параллельная структура), либо они противоположны (антипараллельная структура).

Параллельная



Антипараллельная

Большинство белков содержат как б-спирали, так и в-спирали, а так же одиночные полипептидные цепи. Их взаимодействие и чередование в полимерной цепи называют третичной структурой белка.

4.3 Третичная структура

Это трёхмерная конфигурация б-спиралей и в-структур в пространстве или способ укладки цепи в определённом объёме. Наиболее организованная структура, в стабилизации которой участвуют боковые радикалы б-аминокислотных остатков, которые сближаются в пространстве за счёт изгибов полипептидной цепи. В стабилизации пространственной структуры белка участвуют ковалентные связи -пептидные и дисульфидные (между атомами серы в цистеине), и нековалентные связи - ионные взаимодействия между противоположно заряженными группами, водородные связи, межмолекулярные ванн-дер-ваальсовы взаимодействия между неполярными радикалами (гидрофобные взаимодействия) и т.д.

Третичная структура белка возникает автоматически и полностью предопределяется первичной и вторичной структурами. Основной движущей силой в возникновении трёхмерной структуры являются взаимодействия радикалов б-аминокислот с молекулами воды, при этом неполярные (гидрофобные) радикалы вталкиваются внутрь белковой молекулы, образуя там сухие зоны, в то время как полярные (гидрофильные) радикалы ориентируются в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы в целом, и она стабилизируется. В такой форме белковая молекула характеризуется минимальной свободной энергией.

В результате вышеперечисленных взаимодействий белковая молекула приобретает форму компактного клубка - глобулярные белки (от латинского - globules шарик), либо нитевидную - фибриллярные белки (от латинского - fibra волокно).

Структурные формулы белков сложны, громоздки и трудны для восприятия, поэтому используют упрощенные структурные формулы - без символов химических элементов. Формулу при этом представляют не в плоском, а в пространственном изображении, что соответствует реальной структуре молекулы.

Основная задача при изображении третичной структуры - показать пространственное расположение и чередование вторичныхструктур. Американский биофизик Джейн Ричардсон предложил изображать б-структуры в виде спирально закрученных лент, в-структуры в виде плоских волнистых лент, а соединяющие их одиночные цепи - в форме тонких жгутов.

Все биологические свойства белков связаны с сохранностью их третичной структуры, которую принято называть нативной конформацией. Любые воздействия, приводящие к нарушению этой конформации молекулы, сопровождаются частичной или плной потерей белком его биологических свойств.

МИОГЛОБИН (от греч. mys, род. падеж myos- мышца и лат. globus-шар), белок мышц позвоночных животных и человека, связывающий переносимый гемоглобином О2 и передающий его окислит. системам клетки.

Состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 аминокислотных остатка (мол. м. 17800), к-рая уложена в плотную глобулу размером 4,5 х 2,5 нм. В специальной полости миоглобина ("кармане") помещается гем, который связан с остальной частью молекулы (глобином), как в гемоглобине. Ок. 75% полипептидной цепи находится в конформации a-спирали (все a-спирали правозакрученные). Между областями спи-рализации находятся 5 неспирализованных участков; такие же участки находятся на концах цепи. Внутр. область молекулы состоит гл. обр. из неполярных остатков лейцина, валина, метионина, фенилаланина и не содержит боковых полярных цепей глутаминовой и аспарагиновой кислотт, глутамина, аспарагина, лизина и аргинина. На наружной стороне молекулы расположены как полярные, так и неполярные аминокислотные остатки.

Атом железа гема может находиться в 4 состояниях: в физиологически активном пентакоординир. высокоспиновом ферросостоянии (дезоксимиоглобин, Fe2 + , спиновое число 2), в гексакоординир. высокоспиновом феррисостоя-нии (метмиоглобин, Fe3 + , 6-й лиганд Н2О, спиновое число 5/2) и в низкоспиновых ферро- и феррисостояниях (соотв. Fe2+ и Fe3+ , спиновое число О и 1/2). Низкоспиновые формы образуются из высокоспиновых при взаимод. атома железа тема с нек-рыми лигандами (у дезоксимиоглобина с О2, СО, NO и др.; у метмиоглобина с CN-, N-3 и ими-дазолом). Для феррисостояния возможна смесь высокоспиновой и низкоспиновой форм (лиганды ОН-, NO-2, NCS-).

Связывание лигандов сопровождается конформац. изменениями белка, и, наоборот, конформац. изменения вблизи тема изменяют его электронное состояние и реакц. способность (т.наз. электронно-конформац. взаимод.). Ф-ция миоглобина запасать О2 в мышцах при его избытке и освобождать при недостатке основана на способности иона Fe2+ обратимо связывать молекулу О2 с образованием оксимио-глобина.

Высвобождение из оксимиоглобина молекулы О2, необходимого работающей мышце, происходит в момент сокращения последней, когда в результате сжатия капилляров парциальное давление О2 резко падает. Белок выполняет роль водорастворимого носителя тема, предохраняет Fe2+ от окисления при его взаимод. с О2 и регулирует величину сродства к О2. При одном и том же теме и способе его связывания с белком константа равновесия р-ции оксимио-глобиндезоксимиоглобин + О2 для миоглобина из разных организмов изменяется в пределах от 0,2.106 до 2,2.106 М-1 (давление О2, соответствующее полунасыщению, от 2,7 до 0,5 мм рт. ст.). Метмиоглобин обладает также слабыми пероксидазной и каталазной активностями.

В больших кол-вах миоглобин содержится в мышцах морских млекопитающих-дельфинов и тюленей (соотв. 3,5 и 7,7% от массы тела).

Миоглобин кашалота был первым белком, для к-рого Дж. Кендрю с сотрудниками в 1957-60 определили пространств. Структуру молекулы методом рентгеноструктурного анализа.



4.4 Четвертичная структура

Взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки.

Несколько отдельных полипептидных цепей (сохраняющих третичную структуру) способны соединяться нековалентными связями (ионные взаимодействия, водородные связи, межмолекулярные ван-дер-ваальсовы взаимодействия и т.д.) и образовывать более сложные макромолекулы.

Каждую отдельную цепь называют мономером или субъединицей, а образовавшуюся молекулу - олигомером. Олигомерные белки чаще построены из чётного числа мономеров и обладают биологической активностью, не свойственной отдельновзятым субъединицам.

Молекула гемоглобина состоит из 4 субъединиц , состоящих из белка глобина и желехопорфирина - гема. Субъединицы рыхло связаны между собой нековалентными связями и легко диссоциируют под влиянием амидов, повышенной концентрацией солей и т.д. пространственные структуры глобин во многом аналогичны , они образуют «гидрофильные карманы», в которых размещены молекулы гема.

По форме гемоглобин соответствует глобулярни белкам и представляет собой объёмистую упаковку для переноса сразу четырёх молекул кислорода

Гемоглобин



5. Химические свойства

5.1 Кислотно-основные свойства

Белки, как и б-аминокислоты, являются амфотерными соединениями. Свойство амфотернсти лежит в основе буферных свойств белков и их участии в ругуляции рН крови. Кислотно-основные превращения в молекулах белков сопровождаются изменением их конформации, а следовательно, и изменением их биологических и физиологических свойств.

В зависимости от реакции среды и соотношения кислых и основных б-аминокислот в растворе несут или отрицательный, или положительный заряд, перемещаясь к аноду или к катоду. Это свойство используется при очистке белков методом электрофореза.

5.2 Гидролиз

Характерной реакцией для белков является гидролиз петидных связей до аминокислот. Белки нацело гидролизуются концентрированной серной кислотой при нормальных условиях или 2% хлороводородной кислотой при нагревании и повышенном давлении. Гидролиз белков является способом выделения аминокислот

В организме гидролиз белка осуществляется под действием ферментов пептидаз и строго контролируется.

Ферменты, осуществляющие ферментативный гидролиз белков, называются протеазами. По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы:

· Эндопептидазы, или протеиназы, расщепляют пептидные связи внутри пептидной цепи. Они узнают и связывают короткие пептидные последовательности субстратов и относительно специфично гидролизуют связи между определёнными аминокислотными остатками.

· Экзопептидазы гидролизуют пептиды с концов цепи: аминопептидазы -- с N-конца, карбоксипептидазы -- с С-конца. Наконец, дипептидазы расщепляют только дипептиды.

По механизму катализа Международный союз по биохимии и молекулярной биологии выделяет несколько классов протеаз, среди них сериновые протеазы, аспарагиновые протеазы, цистеиновые протеазы и металлопротеазы.

Особый тип протеазы -- протеасома, крупная мультисубъединичная протеаза, присутствующая в ядре и в цитоплазме эукариот, архей и некоторых бактерий.

Для того, чтобы белок-мишень расщепился протеасомой, он должен быть помечен путём присоединения к нему маленького белка убиквитина. Реакция присоединения убиквитина катализируется ферментами убиквитинлигазами. Присоединение первой молекулы убиквитина к белку служит для лигаз сигналом для дальнейшего присоединения молекул убиквитина. В результате к белку оказывается присоединена полиубиквитиновая цепь, которая связывается с протеасомой и обеспечивает расщепление белка-мишени. В целом, эта система получила название убиквитин-зависимой деградации белка. Деградация 80--90 % внутриклеточных белков происходит при участии протеасомы.

Деградация белка в пероксисомах важна для протекания многих клеточных процессов, включая клеточный цикл, регуляцию экспрессии генов и ответ на окислительный стресс.

5.3 Денатурация

Денатурацией белка называют любые изменения в его биологической активности и/или физико-химических свойствах, связанные с потерей четвертичной, третичной или вторичной структуры (см. раздел «Структура белка»). Как правило, белки достаточно стабильны в тех условиях (температура, pH и др.), в которых они в норме функционируют в организме. Резкое изменение этих условий приводит к денатурации белка. В зависимости от природы денатурирующего агента выделяют механическую (сильное перемешивание или встряхивание), физическую (нагревание, охлаждение, облучение, обработка ультразвуком) и химическую (кислоты и щёлочи, поверхностно-активные вещества, мочевина) денатурацию.

Денатурация белка может быть полной или частичной, обратимой или необратимой. Самый известный случай необратимой денатурации белка в быту -- это приготовление куриного яйца, когда под воздействием высокой температуры растворимый в воде прозрачный белок овальбумин становится плотным, нерастворимым и непрозрачным.

Денатурация в некоторых случаях обратима, как в случае осаждения водорастворимых белков с помощью солей аммония, и используется как способ их очистки.

5.4 Пенообразование

Процесс пенообразования - это способность белков образовывать высококонцентрированные системы «жидкость- газ», называемые пенами. Устойчивость пены, в которой белок является пенообразователем, зависит не только от его природы и от концентрации, но и от температуры. Белки в качестве пенообразователей широко используются в кондитерской промышленности (пастила, зефир, суфле). Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые свойства.

5.5 Горение

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

5.6 Гидратация

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), аминные (NH2) и карбоксильные (COOH) группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхность молекулы. Окружая белковые глобулы гидратная (водная) оболочка препятствует устойчивости растворов белка. В изоэлектрической точке белки обладают наименьшей способностью связывать воду, происходит разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяются, образуя крупные агрегаты. Агрегация белковых молекул происходит и при их обезвоживании с помощью некоторых органических растворителей, например этилового спирта. Это приводит к выпадению белков в осадок. При изменении pH среды макромолекула белка становится заряженной, и его гидратационная способность меняется.

При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы образуют сложные системы, называемые студнями. Студни не текучи, упруги, обладают пластичностью, определенной механической прочностью, способны сохранять свою форму.

Глобулярные белки могут полностью гидратироваться, растворяясь в воде (например, белки молока), образуя растворы с невысокой концентрацией. Гидрофильные свойства белков имеют большое значение в биологии и пищевой промышленности.

Очень подвижным студнем, построенным в основном из молекул белка, является цитоплазма - полужидкое содержимое клетки. Сильно гидратированный студень - сырая клейковина, выделенная из пшеничного теста, она содержит до 65% воды.

Гидрофильность, главное качество зерна пшеницы, белков зерна и муки играет большую роль при хранении и переработке зерна, в хлебопечении. Тесто, которое получают в хлебопекарном производстве, представляет собой набухший в воде белок, концентрированный студень, содержащий зерна крахмала.



6. Качественные реакции

Цветные реакции на белки и б-аминокислоты являются качественными реакциями и обусловлены специфическими группами в радикале. Некоторые из таких реакций широко используются в биохимической практике для изучения структуры и б-аминокислотного состава белков, их количественного определения.

Существует 2 типа цветных реакций:

1.Универсальные - на все б-аминокислоты и белки.

2.Специфические - только на определённые б-аминокислоты.

6.1 Универсальные

Биуретовая реакция обнаружения пептидных связей в белках.

В реакцию вступают все вещества, содержащие в молекуле не менее двух пептидных связей, так как для неё возможна лактам-лактимная таутомерия. При взаимодействии белка со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) образуется хелатный комплекс фиолетового цвета:

Нингидриновая реакция

Это общая качественная реакция на аминогруппу в б-аминокислотах. При нагревании б-аминокислот с избытком нингидрина происходит дезаминирование, декарбоксилирование и превращение её в альдегид. Выделившийся аммиак конденсируется с двумя молекулами нингидрина.

6.2 Специфические

Используется для обнаружения ароматических и гетероциклических б-аминокислот (фенилаланина, тирозина, триптофана, гистидина). При нагревании белка с концентрированной азотной кислотой образуются нитропроизводные, окрашенные в жёлтый цвет. При добавлении к ним водной щёлочи окраска становиться оранжевой.

Реакция Фоля

Реакция подтверждает присутствие в белках серосодержащих б-аминокислот (цистеина, цистина, метионина). При кипячении белка со щёлочью от цистеина легко отщипляется сера с образованием сульфида натрия. Последний, взаимодействуя с ацетатом свинца, образует осадок сульфида свинца чёрного цвета.



Существуют реакции, позволяющие определить отдельные б-аминокислоты.

Реакция Милона

Используется для обнаружения тирозина, в составе которого имеется фенольный гидроксил. При добавлении к раствору белка реактива Милона (раствор HgNO3 и Hg(NO3)2 в разбавленной азотной кислоте содержащей примесь азотистой кислоты) образует осадок, сначала окрашенный в розовый, а затем в пурпурно-красный цвет. Нагревание до 500С ускоряет эту реакцию.

Реакция Паули

Используется для определения имидазольного кольца (гистидин, гистамин). В имидазоле возможна таутомерия азолов, связанная с переходом атома водорода между атомами азота.

При смешении раствора белка со свежеприготовленным раствором 4-диазобензолсульфокислоты в присутствии карбоната натрия получают вишнёво-красное окрашивание, в результате реакции азосочетания.



Реакция Эрлиха

При взаимодействии белка с 4-(N,N-диметиламино)бензальдегидом (реактив эрлиха) в кислой среде определяют наличие триптофана. Это цветная реакция на индол.

Реакция Ваузене

Триптофан, содержащийся в белке, конденсируется с формальдегидом, а затем окисляется нитритом натрия до соединения, которое в присутствии минеральных кислот образует соли сине-фиолетового цвета.

Реакция Адамкевича

Реакция так же используетсядля обнаружения триптофана в белках. Индольное кольцо триптофана взаимодействует в кислой среде с альдегидной группой глиоксиловой кислоты с образованием продуктов конденсации красно-фиолетового цвета.

Реакция Сакагучи

Реакцию используют для определения аргинина в белке. Гуанидиновая группа аргинина сначала окисляется NaOBr, и уже окисленный аргинин при взаимодействии с б-нафтолом образует продукт конденсации красного цвета.



7. Биологические функции белков

Белки - ферменты

В каждой живой клетке происходят непрерывно сотни биохимических реакций. Быстрое протекание этих реакций обеспечивают биологические катализаторы, или ускорители реакций,- ферменты. Известно более тысячи разных ферментов. Все они белки.

Каждый фермент обеспечивает одну или несколько реакций одного типа. Например, жиры в пищеварительном тракте (а также внутри клеток) расщепляются специальным ферментом, который не действует на полисахариды (крахмал, гликоген) или на белки. В свою очередь, фермент, расщепляющий только крахмал или гликоген, не действует на жиры. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов одинаковых операций в минуту. Вход этих реакций ферментный белок не расходуется. Он соединяется с реагирующими веществами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменным.

Ферменты выполняют работу наилучшим образом только при оптимальной температуре (например, у человека и теплокровных животных при 37°C) и определенной концентрации ионов водорода в среде.

Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разделен на ряд химических операций. Каждую операцию выполняет отдельный фермент. Группа таких ферментов составляет своего рода биохимический конвейер.

Белки-гормоны

Гормоны - регуляторы физиологических процессов. Часть гормонов (но не все) животных и человека являются белками. Так, белковый гормон инсулин (гормон поджелудочной железы) активирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. Если не хватает инсулина, то глюкоза накапливается в крови в избытке. Клетки без помощи инсулина не способны ее захватить -они голодают. Именно в этом причина развития диабета - болезни, вызываемой недостатком инсулина в организме. Гормоны выполняют важнейшую функцию в организме, управляя активностью ферментов. Так, инсулин активирует в клетках печени фермент, синтезирующий из глюкозы другое органическое вещество-гликоген, и ряд других ферментов.

Белки - средства защиты

На попадание бактерий или вирусов в кровь животных и человека организм реагирует выработкой специальных защитных белков-антител. Эти белки связываются с чужеродными для организма белками возбудителей заболеваний, чем подавляется их жизнедеятельность. На каждый чужеродный белок организм вырабатывает специальные «антибелки»- антитела. Механизм сопротивления возбудителям заболеваний называют иммунитетом. Помимо антител, растворенных в крови, имеются антитела на поверхности специальных клеток, которые захватывают чужеродные клетки. Это клеточный иммунитет, обеспечивающий в большинстве случаев и уничтожение вновь возникающих раковых клеток. Чтобы предупредить заболевание, людям и животным вводят ослабленные или убитые бактерии либо вирусы (вакцины), которые не вызывают болезнь, но заставляют специальные клетки организма производить антитела против этих возбудителей. Если через некоторое время болезнетворная неослабленная бактерия или вирус попадают в такой организм, они встреча- ют прочный защитный барьер из антител.

Роль белков для человека

Белки, распадаясь в организме, являются, так же как углеводы и жиры, источником энергии. Энергия, получаемая при распаде белков, может быть без всякого ущерба для организма компенсирована энергией распада жиров и углеводов. Однако очень важно, что организм человека и животных не может обходиться без регулярного поступления белков извне.

Опыт показывает, что даже довольно длительное выключение жиров или углеводов из питания животного не вызывает тяжелых расстройств здоровья. Но прием в течение нескольких дней пищи, не содержащей белков, приводит к серьезным нарушениям, а продолжительное безбелковое питание неизбежно кончается смертью животного. Все это имеет место даже при обильном питании углеводами и жирами.

Какое же количество белка необходимо в питании человека, чтобы обеспечить сохранение его здоровья и работоспособности? «Коэффициент изнашивания» у взрослого человека составляет около 23 граммов белка. Но азотистое равновесие устанавливается при приеме более высоких количеств белка в пище, чем того требует так называемый «коэффициент изнашивания». В среднем азотистое равновесие устанавливается у человека при потреблении 30-45 граммов белка в сутки. Этот минимум белка, необходимый для того, чтобы поддерживать азотистое равновесие на рационе, полностью покрывающем энергетические потребности организма, получил название «физиологического минимума белка».

Азотистое равновесие у человека и животных, таким образом, возможно, получить при приеме с пищей белка в количестве примерно вдвое большем, чем это необходимо по «коэффициенту изнашивания».

Ученые пришли к выводу, что взрослый человек должен потреблять ежедневно при трате энергии в 1500 ккал не менее 100 грамм, а в жарком климате - не менее 120 грамм белка. Эти нормы соответствуют умственному труду или труду физическому, полностью механизированному. При расходовании большего количества энергии, то есть при физическом труде, недостаточно механизированном, необходимо добавочно 10 грамм белка на каждые 500 ккал. Таким образом, при физическом труде с тратой энергии в 4000 ккал требуется 130-150 грамм белка в сутки.Растущий организм испытывает потребность в белке в зависимости от возраста. Для удовлетворения потребностей организма существенным является не только количество, но и качество белков в пище.

Различные белки отличаются друг от друга процентным содержанием аминокислот. В зависимости от аминокислотного состава, организму требуется одного белка больше, а другого меньше. В этом смысле можно говорить о различной биологической ценности белков. Биологическая ценность белка определяется также степенью усвоения его организмом. Белки, находящиеся в продуктах питания, потребляемых человеком, содержат в тех или иных количествах все аминокислоты. Изучение азотистого обмена у взрослых людей позволило сделать вывод, что для удовлетворительного самочувствия необходимо восемь незаменимых аминокислот и источники азота.

Но установленные «оптимальные уровни» аминокислот в питании человека не являются постоянными при любых условиях. Они могут значительно возрастать, причем неравномерно для различных аминокислот, при некоторых физиологических или патологических состояниях. Если пища, состоящая из разных продуктов, содержит неполноценные белки с различным составом аминокислот, дополняющих одна другую, то в результате из нескольких продуктов с неполноценными белками мы получаем пищу с белковым составом, соответствующим требованиям организма.



Заключение

Таким образом, белки -- важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть должна поступать с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров -- полисахаридов и ДНК.



Список используемой литературы

1. Беляев Д. К. Общая биология.-- М.: просвещение,2002

2. Химия биологически активных соединений: учебное пособие\И.Л.Филимонова, Г.А.Жолобова, А.С.Галактионова, М.С. Юсбов, - 2е изд., стереотипное.-Томск: СибГМУ,2012.-162с

3. Ленинджер А. Основы биохимии. В 3 томах. -- М.: Мир, 1985г

Размещено на Allbest.ru