Главная страница

Белкиполностью. 3. белковые вещества и их свойства определение


Скачать 0.79 Mb.
Название3. белковые вещества и их свойства определение
АнкорБелкиполностью.doc
Дата30.09.2017
Размер0.79 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаБелкиполностью.doc
ТипДокументы
#14579
страница1 из 4
Каталогnick1po

С этим файлом связано 28 файл(ов). Среди них: Farmakologia_v_risunkakh_Godovan_2tom.pdf, uchebnik_farmakologia.pdf, Farmakologia_s_retsepturoy_uchebnik_dlya_med_kolledzhey_2014.pdf, Uchebnik_po_farmakologii_Chast_2_pdf.pdf, Uchebnik_po_farmakologii_Chast_1_pdf.pdf, Blok_4.pdf, Особенности питания при заболеваниях ссс.docx и ещё 18 файл(а).
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4

Белковые вещества

3. БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ СВОЙСТВА
1. Определение

Из органических веществ, входящих в состав растений и других живых организмов, наиболее важными в биологическом отношении являются белковые вещества, или белки. Составляя основу цитоплазмы клеток, белки выполняют основную роль в жизни всех организмов.

Белками называются высокомолекулярные коллоидные соединения, состоящие из α-аминокислот.
2. Локализация белков

Основная масса белков растений концентрируется в семенах и плодах. В других тканях растений их массовая доля относительно невелика по сравнению с тканями животных, где белки составляют до половины и более массы сухого вещества живой клетки.

Так, массовая доля белков в вегетативных органах растений – стеблях, листьях, корнях – колеблется от 0,3 до 3,0%, зато в зерне злаков белков от 8 до 15%, в семенах масличных растений - от 18 до 28, в семенах бобовых растений – от 25 до 50% (в пересчете на сырую массу). В мышцах – 18-23%, печень – 17-19%, мозг – 7-9% (в пересчете на сырую массу).

Величина массовой доли белковых веществ в зерне и семенах во многом определяет биологическую ценность продуктов, получаемых при технологической переработке; лишь в некоторых случаях наличие белков осложняет технологию переработки растительного сырья и ухудшает качество получаемых продуктов. Повышенное содержание белков в корнеплодах свеклы затрудняет кристаллизацию сахарозы из маточных растворов.

При высоком содержании белковых веществ в листьях табака табачный дым приобретает неприятный запах жженных перьев. Такое табачное сырье ценится ниже.

В то же время в виноделии присутствие белков в виноградном сусле придает специфический аромат виноматериалам. В хлебопечении повышенное содержание белка в зерне пшеницы во многом определяет высокое качество и хлеба.
3. Функции белков

В растениях белки выполняют разнообразные функции, важнейшими из которых являются:

3.1 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.

3.2 Запасная. Запасные белки в больших количествах накапливаются в клетках зерна и семян при созревании на растении, а затем при прорастании зерна и семян 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.

3.3 Защитная. 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.

3.4 Структурная. Структурные белки входят в состав покровных тканей растений, в том числе семян и плодов. Они составляют также структурную основу биомембран клеток, обеспечивая сохранение органеллами клетки необходимой последовательности биохимических реакций.

3.5 Сократительная и двигательная. К этим белкам относится миозин мышц.

3.6 Регуляторная. Эти белки участвуют в регуляции обменных реакций. К ним относятся многие гормоны, например инсулин, регулирующий обмен глюкозы.

3.7 Транспортная. Транспортные белки переносят специфические молекулы или ионы. Например, гемоглобин. Связывают кислород и переносят его к периферическим тканям.

5. Аминокислотный состав белков


Структурными компонентами белков – их мономерами – являются аминокислоты. При кипячении с крепкими кислотами, щелочами, а также под действием гидролитических ферментов белковые вещества распадаются на аминокислоты.

Несмотря на то что в природе известно свыше 200 аминокислот, белки состоят в основном из 20 аминокислот.

Аминокислоты – это алифатические, ароматические или гетероциклические соединения, содержащие по крайней мере одну амино- и одну карбоксильную группу.

По химическому строению это производные жирных кислот, у которых водород в α-положении замещен на аминную (–NН2) группу:


Каждая аминокислота кроме химического имеет тривиальное (традиционное) название, происходящее иногда от источника, из которого аминокислота была впервые выделена, или ее свойств, например: аспарагиновая кислота – первая аминокислота, открытая в 1806 г., была обнаружена в проростках бобового растения аспарагуса, глутаминовая кислота – в клейковине пшеницы (в переводе с английского «gluten» - клейковина). Глицин получил свое название за сладкий вкус (от греческого «glykos» - сладкий).
5.1 Незаменимые амминокислоты

Растения могут синтезировать все аминокислоты, входящие в состав белков. Организм человека и животных не может синтезировать все аминокислоты, необходимые для синтеза белков. Аминокислоты, не синтезируемые организмом человека и животных, но входящие в состав их белков, получили название незаменимых, или обязательных аминокислот.

Для человека такими незаменимыми аминокислотами являются 10 аминокислот: валин, треонин, лейцин, изолейцин, метионин, лизин, аргинин, гистидин, фенилаланин, триптофан.

Эти аминокислоты входят в состав белков, но могут также находиться в живых организмах и в свободном состоянии.

Остальные 10 аминокислот (заменимые аминокислоты), входящие в состав белка, могут синтезироваться организмом животных и человека из других соединений, в том числе и из незаменимых аминокислот.


6 Связи, участвующие в формировании молекулы белка
6.1 Пептидная связь

В составе белковой молекулы аминокислоты образуют неразветвленную цепь, в которой они связаны ковалентными пептидными связями:


Образовавшееся соединения, являющееся результатом взаимодействия двух молекул аминокислот, называется дипептидом, а связь – пептидной.

Свободная карбоксильная группа дипептида может соединяться с аминной группой еще одной молекулы какой-либо аминокислоты, в результате образуется трипептид. В случае соединения пептидными связями четырех остатков аминокислот получается тетрапептид, пяти – пентапептид и т.д. Общее название соединений, состоящих из нескольких аминокислот, - полипептиды – это и есть белки.

Многие из полипептидов встречаются в свободном виде в растениях, тканях животных и микроорганизмах и имеют большое значение в качестве промежуточных продуктов обмена веществ и физиологически весьма активных соединений. Примером может служить открытый выдающимся английским биохимиком Ф. Гопкинсом трипептид глютатион, состоящий из остатков гликокола, цистеина и глютаминовой кислоты:



Глютатион содержится во всех живых клетках. Его содержание особенно высоко в зародыше пшеничного зерна и дрожжах. Чрезвычайно важная роль глютатиона в обмене веществ заключается в том, что он является сильным восстановителем и очень легко подвергается окислению.

К числу полипептидов принадлежит ряд антибиотиков, образуемых микроорганизмами веществ, убивающих другие микроорганизмы или угнетающих их рост: грамицидин, тироцидин, лихениформин. Некоторые из этих антибиотиков широко применяются в медицине для борьбы с болезнетворными микробами.

Аминокислоты – это алфавит белковой молекулы: соединив их в различном порядке, можно получить бесконечное множество разнообразных белков.
6.2 Дополнительные виды химической связи

Все многообразие биохимических свойств природных белков обусловлено последовательностью соединения аминокислот с различными боковыми радикалами – R-группами в их полипептидной цепи.

Схематично боковые цепи полипептидов могут быть представлены следующим образом:



Различие химических свойств R-групп аминокислот ведет к появлению в структуре белковой молекулы химических связей различной прочности – дисульфидных, водородных, ионных связей и гидрофобных взаимодействий.
6.2.1 Дисульфидная связь

Пептидные цепочки аминокислот (в белке их может быть одна, две или несколько) могут быть сшиты внутри себя или между собой за счет образования ковалентной дисульфидной связи –S–S– между сульфгидрильными группами –SН, расположенными в полипептидной цепи цистеинов:


6.2.2 Водородная связь

Водородные связи возникают в результате дипольных взаимодействий между ковалентно связанным водородным атомом, имеющим положительный заряд, и отрицательно заряженным ковалентно связанным атомом – акцептором. Ниже приведены примеры различных водородных связей (обозначены пунктиром), образующихся в белках.

Водородная связь между пептидными группами:



Водородная связь между двумя гидроксильными группами:


Водородная связь между заряженной карбоксильной группой и гидроксильной группой тирозина:



Водородная связь между заряженной аминной группой и заряженной карбоксильной группой:



Водородная связь между гидроксильной группой серина и карбонильной пептидной связи:


6.2.3 Ионная связь

Такие кислоты, как лизин и аспарагиновая, могут образовывать солевые или ионные связи:


6.2.4 Гидрофобное взаимодействие

Если ионные и водородные связи возникают в результате дипольных взаимодействий полярных атомов или заряженных групп двух или более полярных молекул, то гидрофобные взаимодействия связывают неполярные (гидрофобные) части одной или нескольких молекул в водных растворах. Энергия каждого такого взаимодействия мала, но из-за большого числа таких взаимодействий они способны создавать устойчивые структуры.

Под влиянием гидрофобных взаимодействий происходит сближение неполярных участков полипептидной цепи за счет вытеснения молекул воды и ослабления их взаимодействия с водной средой.

Способностью к гидрофобному взаимодействию обладают боковые цепи (R-группы) валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, пролина, триптофана, метионина и цистеина.

Ионнные, водородные связи и гидрофобные взаимодействия определяют и стабилизируют специфическую пространственную структуру молекулы каждого белка.
7. Структура белковой молекулы
7.1 Форма белковой молекулы

По форме молекулы и особенностям пространственной структуры белки подразделяют на глобулярные, форма молекулы которых близка к сферической или эллиптической (отношение короткой и длинной осей до 1:50), и фибриллярные, молекула которых имеет более удлиненную форму и может образовывать многомолекулярные нитевидные структуры – фибриллы.

Глобулярные белки состоят из одной полипептидной цепи или нескольких, плотно свернутых за счет нековалентных и ковалентных связей в компактную частицу – глобулу. Эти белки, разнообразные по составу аминокислотных остатков и биологическим функциям, обычно хорошо растворимы в воде. Многие глобулярные белки являются ферментами. Почти все их полярные R-группы находятся на поверхности молекулы и гидратированы, гидрофобные R-группы находятся внутри молекулы.

Фибриллярные белки состоят из вытянутых или скрученных в спирали полипептидных цепей, расположенных параллельно и связанных многочисленными связями нековалентной и ковалентной природы. Как правило, это белки, образующие прочные жесткие структуры, они нерастворимы в воде и более однородны по составу аминокислотных остатков, преимущественно гидрофобных, в полипептидных цепях.
7.2 Структура белка

Различают:

7.2.1 Первичную;

7.2.2 Вторичную;

7.2.3 Третичную;

7.2.4 Четвертичную структуру белковых молекул.

7.2.1Первичной структурой белка называют порядок чередования (последовательность) аминокислотных остатков, соединенных ковалентными пептидными связями, в полипептидной цепи белка.

За счет внутрицепочечных взаимодействий между белковыми R-группами полипептидная цепь белка свертывается в «нативную» (природную) пространственную структуру самопроизвольно.

7.2.2 Вторичная структура белка – это ориентация в пространстве аминокислотных остатков, соединенных в полипептидную цепь. В формировании вторичной структуры участвуют водородные связи. Различают три основных типа вторичной структуры полипептидных цепей: α-спираль, β-структура (складчатый слой) и беспорядочный клубок.

При образовании α-спирали полипептидная цепь закручивается вокруг оси. Наиболее устойчива правая α-спираль.

В β-структуре (складчатом слое) пептидные цепи располагаются параллельно друг другу, образуя пространственную фигуру, подобную складчатому листу, сложенному гармошкой. Как правило, такую структуру образуют вытянутые полипептидные цепи.

Стабилизация β-структуры достигается за счет образования межцепочечных водородных связей, в которых принимают участие все пептидные связи.

Вторичная структура белковой молекулы определяется ее первичной структурой. Поэтому, выяснив аминокислотную последовательность в полипептидной цепи, можно предсказать ее вторичную структуру, так как аминокислоты существенно различаются по способности образовывать α-спираль или β-структуру.

При различных технологических процессах α-спирали или β-структуры белков могут переходить друг в друга. Этим, в частности, объясняется уменьшение размеров шерстяных вещей при стирке их в горячей воде.

7.2.3 Третичная структура белка определяет пространственную организацию белковой молекулы. Образуется самопроизвольно и зависит от размера, формы и полярности аминокислотных остатков, их последовательности расположения в полипептидной цепи, т.е. от первичной структуры белка, а также от типа ее вторичной структуры, определяя пространственную организацию белковой молекулы. Она возникает в результате взаимодействия между цепочками полипептидов и поддерживается дисульфидными и ионными связями, гидрофобными и электростатическими взаимодействиями.

Третичная структура, так же как и вторичная, обусловлена аминокислотной последовательностью в полипептидной цепи, но если вторичная структура определяется взаимодействием аминокислот в близлежащих участках цепи, то третичная структура зависит от аминокислотной последовательности далеко расположенных друг от друга участков цепи.

В результате множества сравнительно слабых связей все части пептидной цепи белка оказываются фиксированными относительно друг друга, образуя компактную структуру.

7.2.4 Четвертичная структура – это ассоциация нескольких полипептидных цепей, которая образуется посредством нековалентных связей (водородных, ионных, гидрофобных взаимодействий, электростатического притяжения). Каждая полипептидная цепь, участвующая в образовании четвертичной структуры, называется субъединицей, или протомером. Молекулы белков, обладающие четвертичной структурой, при определенных условиях могут диссоциировать на субъединицыпротомеры, а при других условиях вновь ассоциировать, образуя димеры, а затем первоначальную олигомерную молекулу.

Ошибочное соединение протомеров в олигомерном белке или соединение с другими белками невозможно (комплементарность).

Комплементарные взаимодействия лежат в основе практически всех биохимических процессов в живых организмах, включая ферментативные процессы переноса соединений через мембраны, защитные реакции белков и множество других процессов, происходящих с участием белковых молекул.

Т.о. белки состоят из аминокислотных остатков, связанных между собой пептидными связями и образующих полипептидные цепи, которые за счет дисульфидных, водородных, ионных связей, а также гидрофобных взаимодействий располагаются в пространстве определенным образом, т.е. имеют при данных условиях определенную конформацию. Нативная конформация возникает при нормальных физиологических условиях.

8. Физико-химические свойства белков
8.1 Физические свойства

1. В живых организмах белки находятся в твердом и растворенном состоянии. Многие белки являются кристаллами, однако, они не дают истинных растворов, т.к. молекула их имеет очень большую величину. Водные растворы белков – это гидрофильные коллоиды, находящиеся в протоплазме клеток, и это активные белки. Кристаллические твердые белки – это запасные соединения. Денатурированные белки (кератин волос, миозин мускулов) являются опорными белками.

2. Все белки имеют, как правило, большую молекулярную массу. Она зависит от условий среды (t°, рН) и методов выделения и колеблется от десятков тысяч до миллионов.

3. Оптические свойства. Растворы белка преломляют световой поток, и чем больше концентрация белка, тем сильнее преломление. Пользуясь этим свойством, можно определить содержание белка в растворе.

В виде сухих пленок белки поглощают инфракрасные лучи. Они поглощаются пептидными группами.
  1   2   3   4

перейти в каталог файлов
связь с админом