Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ ЧЕЛОВЕКА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Аминокислоты. Пептиды. Белки

Белки являются структурными и силовыми элементами, функционируют в качестве катализаторов (ферментов), а также «реализаторов» действия генов. Средняя массовая доля белков в организме человека составляет 15% или 10,7 кг (см. рис. 8.1). Это главным образом различные мышцы.

Белки относятся к классу высокомолекулярных соединений - полимеров (см. гл. 2). Физические и химические свойства полимеров определяются свойствами мономеров, из которых состоит полимерная цепь. Поэтому перед рассмотрением белков необходимо изучить свойства аминокислот - мономеров, из которых состоят полимерные цепи белков.

Аминокислоты.

Первая аминокислота - глицин - выделена А. Браконно в 1820 г. из продуктов кислотного гидролиза белка. Однако полностью аминокислотный состав белков был определен лишь 100 лет спустя, к 30-м гг. XX в.

Установлено, что при гидролизе чистых белков, не содержащих примесей, освобождаются 20 различных а-аминокислот (табл. 8.8). Все другие открытые в тканях животных, растений и микроорг анизмов аминокислоты (более 300) существуют в природе в свободном состоянии либо в виде коротких пептидов или комплексов с другими органическими веществами.

Аминокислоты представляют собой гомологический ряд (см. гл. 2) соединений общей формулы

где R - радикал, определяющий индивидуальность аминокислоты.

Аминокислоты являются аминокарбоновыми кислотами - производными карбоновых кислот, у которых один водородный атом при углероде замещен на аминогруппу (-NH2). Примером может служить аланин СЬЬ -CH(NH2)-COOH.

Свое название аминокислоты получили по двум функциональным группам, входящим в состав молекулы: аминной -NH2 и кислотной -СООН. Следует подчеркнуть, что все аминокислоты, входящие в состав природных белков, являются а-аминокислотами, хотя аминогруппа в свободных аминокарбоновых кислотах может находиться в р-, у-, 6- и е-положениях (см. ниже).

Классификация аминокислот основана на химическом строении радикалов R (R-групп). Различают ароматические и алифатические аминокислоты, а также аминокислоты, содержащие серу или гидроксильные группы. В современной классификации аминокислот (табл. 8.9) учитывают полярность радикалов R, т.е. способность к взаимодействию с водой при физиологических значениях pH 7,0.

Различают 5 классов аминокислот:

  • 1) неполярные (гидрофобные);
  • 2) полярные (гидрофильные);
  • 3) ароматические (большей частью неполярные);
  • 4) отрицательно заряженные;
  • 5) положительно заряженные.

В представленной классификации аминокислот (табл. 8.9) приведены наименования, сокращенные латинские и русские символы, значения изоэлектрической точки (pi).

Помимо 20 основных аминокислот, в некоторых белках обнаружены оксипро- лин, оксилизин, дийодтирозин, фосфосерин и фосфотреонин:

Первые две аминокислоты содержатся в белке соединительной ткани - коллагене. Дийодтирозин - основа гормонов щитовидной железы.

Таблица 8.8

20 аминокислот - строительных блоков белков

Классы аминокислот

Таблица 8.9

Аминокислота

Сокращенные

обо1начении

Изозлекгрн- ческая точка

Мае. доля в белках, %

лат.

pyc.

Pi

I. Неполярные R-группы Глицин

Gly

Гли

5,97

7,5

Аланин

Ala

Ала

6,02

9,0

Валин

Val

Вал

5,97

6,9

Лейцин

l.eu

Лей

5,97

7,5

Изолсйцин

lie

Иле

5,97

4,6

Пролин

Pro

Про

6,10

4,6

Аминокислота

(окрашенные

обозначения

Изозлектрн- ческая гочка

Мае. толя в белках, %

лат.

PVC.

Pi

II. Полярные, незаряженные R-группы

Серин

Ser

Cep

5.68

7,1

Треонин

Thr

Tpc

6.53

6.0

I Цистеин

Cys

Цис

5.02

2.8

Метионин

Met

Мет

5.75

1.7

Аспарагин

Asn

Ach

5.41

4.4

Глутамин

Gin

Глн

5.65

3,9

111. Ароматические R-группы

Фенилаланин

Phe

Фен

5.98

3.5

Тирозин

Tyr

Тир

5,65

3.5

Триптофан

Trp

Три

5,88

1.1

IV. Отрицательно заряженные R-группы

Аспарагиновая кислота

Asp

Асп

2,97

5.5

Глутаминовая кислота

Glu

Глу

3.22

6.2

V. Положительно заряженные R-фуппы

Лизин

Lys

Лиз

9.74

7,0

Аргинин

Arg

Apr

10,76

4.7

В мышечном белке миозине обнаружен N-метиллизин. В состав протромбина (белок свертывания крови) входит у-карбоксиглутаминовая кислота. Селеноцисте- ин, в котором ОН-группа серина заменена на селен Se, содержится в глутатионпе- роксидазе:

Ряд аминокислот выполняет важные функции в обмене веществ, хотя и не входит в состав белков. К ним относятся орнитин, цитруллин, гомосерин, гомоцистеин, цистеинсульфиновая кислота, диоксифенилаланин.

Кислотно-основные свойства аминокислот определяют многие физикохимические и биологические свойства белков. На этих свойствах основаны методы выделения и идентификации аминокислот.

Аминокислоты хорошо растворимы в воде. Все аминокислоты при физиологических значениях pH переходят в форму биполярного иона - цвиттериона NH3CH(CH3)COO :

В водных растворах аминокислоты, являясь амфолитами, могут диссоциировать как кислота (донор протона) или как основание (акцептор протона). Например, аланин:

Кривая титрования водного раствора аланина щелочью

Рис. 8.6. Кривая титрования водного раствора аланина щелочью

Если радикалы аминокислот нейтральны, то они окатывают незначительное влияния на диссоциацию карбокси- и аминогрупп. Поэтому константы диссоциации К и Кг практически одинаковы для разных аминокислот. Вследствие этого кривые титрования нейтральных аминокислот сходны.

В качестве примера на рис. 8.6 приведена кривая титрования аланина.

Если к водному раствору аланина (например, 0,1 М) постепенно добавлять щелочь (0.1 М раствор NaOH), получают кривую титрования, типичную для всех нейтральных аминокислот (рис. 8.6).

Значения рК для карбоксильной группы и рКг для аминогруппы (они равны значениям pH раствора, при которых эти группы наполовину диссоциированы) существенно различаются: рК = 2,34, рК-> - 9,69. При низких значениях pH <рК почти все молекулы аланина полностью протонированы и несут положительный заряд.

Из кривой титрования видно, что точка перехода между ветвями кривой находится в области pH 6,02. При этом суммарный (или средний) электрический заряд молекулы аланина равен нулю. Такое значение pH называют изоэлектрической точкой и обозначают pi. В этой точке молекулы аминокислот не перемещаются в электрическом поле ни к аноду, ни к катоду (изоэлектрическое состояние).

Изоэлектрическая точка аминокислот, не содержащих дополнительных Nfy- или СООН-групп. равна среднеарифметическому значению рК

Для аланина pi = (2,34 + 9,69) /2 = 6,02.

Важным свойством аминокислот является их оптическая активность.

В водных растворах аминокислот наблюдается вращение плоскости поляризации света (исключение составляет глицин). Это свойство связано с наличием асимметрического атома углерода (т.е. атома, все четыре валентные связи которого заняты различными заместителями) в a-положении молекулы.

Стереоизомерия аминокислот определяется исходя из абсолютной конфигурации четырех замещающих групп, расположенных вокруг асимметрического атома углерода в вершинах модели тетраэдра. Стереоизомерию аминокислот принято соотносить с глицериновым альдегидом, также содержащим асимметрический атом углерода.

Ниже представлены L- и D-стереоизомеры глицеринового альдегида. Рядом показаны пространственные конфигурации L- и D-аланина:

Вес аминокислоты, образующиеся при гидролизе природных белков в условиях, исключающих рацемизацию, принадлежат к L-ряду. Таким образом, природные аминокислоты имеют пространственное расположение, аналогичное конфигурации L-глицеринового альдегида.

Символы L и D в названии означают принадлежность данной аминокислоты по стереохимической конфигурации к L- или D-ряду, знак «+» или «-» указывает на направление вращения плоскости поляризации светового луча.

Для качественного и количественного определения аминокислот в биообъектах применяется реакция с нингидрином. На I стадии реакции образуется восстановленный нингидрин:

На II стадии аммиак NH3 реагирует с окисленной и восстановленной формой нингидрина. При этом образуется продукт сине-фиолетового цвета:

Количество этого продукта и соответственно аминокислоты определяют спектрофотометрическим методом на длине волны 570 нм.

Нингидриновая реакция благодаря своей высокой чувствительности используется в современных автоматических анализаторах аминокислот.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>