Химия белков.

Белки - высокомолекулярные, азотсодержащие орг. в-ва, кот. при гидролизе распадаются на аминокислоты (амк-ты). Функции: 1. Структурная- до 75 % сухого в-ва клетки 2. Регуляторная - ферм, гормоны 3. Транспортная - Нв переносит О 2 4. Защитная - иммунные белки 5. Генетическая - нуклеопротеиды сод. РНК, ДНК Элементарный состав белков (в%): С - 53, О , N , Н 2 - 7, S и Р - по 1%

Гидролиз белков: 1. Кислотный - кипятят с 6 N НСl сутки. 2. Щелочной - кипятят с 4 N NаОН 8 часов 3. Ферментативный - смесью ферментов. Содержание амк-т в гидролизате определяют: 1. Хроматографическим анализом (см. лаб. зан.) 2. Химическим анализом 3. Микробиологическим методом

Свойства амк-т: Амк-ты - производные карбоновых к-т, у которых водород в альфа - положении замещен на аминогруппу (NН 2 ) Общая формула: R - СН - СООН NН 2 Физич. св-ва: белые кристалл. порошки, р-ся в воде. Их р-ры обладают оптическими св-ми (вращают плоскость поляризованного луча) 10- влево, 10- вправо. За счет ассиметрического С - атома, есть L и D ряда. У жив-х в белках только L - амк-ты !

Хим. св-ва: 1. Обл. амфотерностью - реагируют с кислотами и щелочами с образ. солей. 2. Обр. амиды за счет присоединения NН 3 (аспарагин). 3. Участвуют в реакциях декарбоксилирования (-СО 2 ) 4. Уч. в реакциях дезаминирования ( - NН 3 ) 5. Соединяясь -обр. пептиды. 6. Реагируя с формальдегидом,теряют амфотерность Н R - СН- СООН + С = О R - СН- СООН + Н 2 О NН 2 Н N= СН 2

7. Разлагаются азотистой к-той R - СН- СООН + НNО 2 N 2 +Н 2 О +R - СН- СООН NН 2 ОН Цветные реакции с амк-тами: 1. С нингидрином - фиол.окраш. 2. Реакция Миллона - обнаруживает тирозин (красн) 3. Ксантопротеиновая - обнаруживает циклические амк-ты (желтая)

Классификация амк-т, их строение и номенклатура По характеру радикала их делят на: I. Ациклические (производные жирного ряда) II. Циклические ( производные ароматического ряда) I Ациклические По количеству СООН и NН 2 групп подразделяются на: Моноаминокарбоновые 1. NН 2 -СН 2 -СООН L- глицин (аминоуксусная кислота) 2. СН 3 -СН-СООН L-аланин ( -аминопропионовая к-та) NН2 NН2 гли ала

а) Оксиамк-ты 3. СН 2 -СН-СООН ОН NН 2 L-серин ( - амино - оксипро- пионовая к-та) сер СН 3 -СН-СН-СООН ОН NН 2 4. L - треонин ( - амино - окси масляная к-та) тре б) Серосодержащие SН NН 2 5. СН 2 -СН-СООН L - цистеин ( - амино - тио- пропионовая к-та) цис

S S 6) СН 2 - СН-СООН NН 2 СН 2 - СН-СООН NН 2 L -цистин 7) СН 2 - СН 2 - СН-СООН S СН 3 NН 2 L-L- метионин мет. ( -амино- -метил- тиомасляная к-та)

в) С разветвленной углеродной цепью ( С -С -С) С 8) СН 3 -СН-СН-СООН СН 3 NН 2 L-валин 9) СН 3 -СН-СН 2 -СН-СООН СН 3 NН 2 L- лейцин ( -амино-изо- капроновая к-та) вал лей 10) СН 3 -СН 2 -СН-СН-СООН СН 3 NН 2 L- изолейцин ( -амино- -метил- валериановая к-та) илей ( -аминоизовалериа новая к-та)

Моноаминодикарбоновые 11) СООН- СН 2 -СН-СООН NН2NН2 L- аспарагиновая к-та (аминоянтарная к-та) асп СО- СН 2 -СН-СООН NН2NН2 NН2NН2 аспарагин аспн 12) СООН- СН 2 - СН 2 -СН-СООН NН2NН2 L- глютаминовая к-та глю ( -аминоглютаровая к-та) СО- СН 2 - СН 2 -СН-СООН NН2NН2 NН2NН2 глютамин глутн

Диаминомонокарбоновые 13) СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН-СООН NН 2 L- лизин лиз (, Е-диаминокапроновая к-та) 14) СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН-СООН NНNН 2 С=NН NН 2 L-аргинин арг ( -амино-δ метил- тиомасляная к-та) 15) СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН-СООН NН 2 L-орнитин орн (, δ -диамино- валериановая к-та) встречается в белках печени у птиц

II Циклические а)Гомоциклические СН 2 -СН-СООН NН2NН2 L- фенилаланин фен ( -амино- -фенил- пропионовая к-та) 16)

СН 2 -СН-СООН NН2NН2 L- ОН тирозин тир ( -амино- - параокси- фенилпропионовая к-та) 17) б) Гетероциклические NН СН 2 -СН-СООН NН2NН2 L- триптофан три ( -амино- - индолил пропионовая к-та)

СН 2 -СН-СООН N NН NН2NН2 19) L-гистидин гис ( -амино- - имидазолил- пропионовая к-та) NН СН 2 Н2СН2С Н2СН2С СН-СООН Иминокислоты они содержат не амино-, а иминогруппу - NН L- пролин про (пиролидин-2-карбо- новая кислота)

NН НО-СН Н2СН2С СН 2 СН-СООН L- оксипролин опро (4-оксипиролидин- 2-карбоновая кислота)

Структура белковых молекул Первичной структурой наз. последовательность чередования амк-т в полипептидной цепочке NН 2 - ала - лиз - мет - вал - асп - СООН N - конец С- конец

Вторичной структурой наз. свертывание полипептидной цепочки в спираль C C N N C C N C C N C C N N C C N C C N C C C C N C C N C C N C C C C C C N N N C C C N

Третичной структурой называется упаковка полипептидной цепи в более компактную форму Миоглобин

Гемоглобин Четвертичной структурой называется объединение нескольких полипептидных цепочек (третичных структур) в одну молекулу.

Типы связей в молекуле белка Ковалентные (химические) R2R2 R1R1 NH 2 CO-OH HOOC N H H - H 2 O H 2 N - R 1 - CO - NH - R 2 - COOH дипептид 1. Пептидная -CO - NH - образуется в результате соединения групп - NH 2 и COOH соседних амк-т где R 1 и R 2 - остатки амк-т 1. Пептидная 2. Дисульфидная

2. Дисульфидная связь ( - S - S - ) -образуется путем соединения двух остатков цистеина и отщепления Н 2 H-C-CH 2 - S-H + H-S-CH 2 - C-H O=C NH HN C=O NH O=C C=O NH H-C-CH 2 - S - S-CH 2 - C-H O=C NH HN C=O NH O=C C=O NH - 2H Дисульфидная связь

Нековалентные (не химические) CH 3 CH CH 3 CH 2 CH 3 CH CH 2 CH 3 NH 3 O=C O O H C O O C=O O C-NH 2 NH водородные связи, 2 - ионные связи, 3 - неполярные связи. 1. Водородная 2. Ионная 3. Неполярная

Форма белковой молекулы - ассиметрична 1. Глобулярная - близкая к шарообразной 2. Фибриллярная - близкая к нитевидной

Физико - хим. св-ва белков: 1. Они высокомолекул. соединения. 2. При растворении в воде образуют гидрофильные коллоиды. 3. За счет диссоциации групп -СООН и - NН 2 в р-ре возникают кислотно- щелочные св-ва и электр. заряд. «Кислые» белки сод. больше -СООН групп, в р-ре проявляют св-ва слабой к-ты и при рН=7 несут отриц. заряд по схеме: Например: альбумины и глобулины СОО - R СОО - NН 3 +

« Щелочные» белки содержат больше NН 2 групп,в р-ре обладают свойствами слабого основания и при рН =7 несут положит. заряд по схеме: Например: СОО - протамины и гистоны R NН 3 + NН 3 + Наличие заряда используют для разделения смеси белков на фракции методом электрофореза При изменении рН, при подкислении - у «кислых» белков уменьш. отриц. заряд до О, а затем увеличивается полож. заряд по схеме: рН 1………………. 7 …………………..14 +………...0…… - …………………… При подщелачивании у белков растет отриц. заряд.

У «щелочных» белков при подкислении - растет полож. заряд, а при подщелачивании - полож. заряд уменьшается до 0, а затем растет отриц. заряд (перезарядка) по схеме: рН 1………………….7………………14 + ………………...+…0………….. - Значение рН при кот. молекула белка нах. в изоэлектрическом состоянии (заряд =0) наз. изоэлектрической точкой белка (ИЭТ) (Табл.2) В ИЭТ р-р неустойчивый и белок часто выпадает в осадок.

Изоэлектрические точки белков (ИЭТ)

Диализ белков - очистка р-ра белка от низкомолекулярных в-в (солей, углеводов) в сосудахиз полупроницаемых мембран. Например: гемодиализ («искусственная почка»). Осаждение белков: 1. Обратимое осаждение - «высаливание» в концентрированных р-рах нейтральных солей (NН 4 ) 2 SО 4, Nа 2 SО 4, NаСl за счет разрушения гидратной оболочки. При добавлении воды осадок растворяется. 2. Необратимое осаждение (денатурация) белков под влиянием: а) нагревания выше 70 0 С, б) добавления сильных к-т и щелочей, в) солей тяжелых металлов. Белок обнаруживается в р-ре биуретовой пробой (см. лаб. зан.)

Простые (протеины) 1. Альбумины 2. Глобулины 3. Гистоны 4. Протамины 5. Глютелины 6. Проламины 7. Протеиноиды (склеропротеины) Сложные (протеиды) 1. Нуклеопротеины 2. Хромопротеины 3. Фосфопротеины 4. Гликопротеины 5. Липопротеины 6. Металлопротеины Классификация белков.

Характеристика простых белков(протеинов) 1. Альбумины - М тыс.Да (кДа) раств. в воде, осаждаются насыщ. р-ром (NH 4 ) 2 SO 4. ИЭТ = 4-6 Альбумины молока, мышц, яиц и др. 2. Глобулины -М кДа, не р-ся в воде, осаждаются полунасыщенным р-ром (NH 4 ) 2 SO 4 ИЭТ = Гистоны -М кДа, р-ся в воде ИЭТ = 9-12 Щелочные белки 4. Протамины -М. 5кДа р-ся в воде ИЭТ=11-12 Щелочные белки гистоны и протамины сДНК, (РНК) образуют нуклеопротеиды («ядерные белки»).

5.Проламины - р-ся в 70 0 спирте сод. много про. 6.Глютелины - р-ся 0,2% щелочи. сод. много глю. Проламины и глютелины - растительные белки. 7. Протеиноиды (склеропротеины) - не р-ся в воде, к-тах и щелочах. а) коллаген - белок соед. ткани. Коллаген желатин ( при С) б) эластин - белок связок в) кератин - белок эпидермиса, шерсти, рогов, копыт.

Характеристика сложных белков 1. Нуклеопротеиды - сод. РНК и ДНК 2. Хромопротеиды - сод. окрашенную простетическую группу. Нв, миоглобин, хлорофилл. 3.Фосфопротеиды - сод. остаток фосф. к-ты. Казеиноген молока, вителин в яичном желтке. 4. Гликопротеиды - сод. углеводы и их производные. Муцин- в слюне сод. гиалуроновую к-ту. 5. Липопротеиды- сод липиды. Альфа - ЛПВП - липопротеиды высокой плотности. Бета - ЛПНП - липопротеиды низкой плотности. Р-ся в воде 6. Металлопротеиды - сод. Fe (ферритин),Cu, Zn.

Строение и функции нуклеиновых к-т Нукл. к-ты- высокомолекул. биополимеры состоящие из мононуклеотидов, кот.сод. 3 компонента: 1)азотистые основания (пуриновые - аденин и гуанин и пиримидиновые - цитозин, тимин, урацил). 2) углеводы ( Д - рибоза или Д-дезоксирибоза). 3) остаток фосфорной к-ты Нуклеозид - соед. азотистого основания с углеводом. Аденин - Д-рибоза (наз. аденозин). Нуклеотид - соед. азот. основания, углевода и фосф. к-ты. Аденин - Д-рибоза - фосф. к-та (наз. адениловая к-та или аденозинмонофосфорная к-та - АМФ).

Нуклеотиды соед. в цепочку ковалентно фосфоди - эфирной связью от ОН третьего углеродного атома пентозы к ОН фосф. к-ты: аденин - рибоза - фосф. к-та о урацил - рибоза - фосф. к-та. Строение и функции РНК Сод: 1) аденин цитозин гуанин урацил (нет тимина!) 2) углевод -Д - рибоза 3) остаток фосф. к-ты Типы РНК 1.Информационная (и-РНК, матричная - мРНК) М. 0,5 - 2 млн. Да.

Функция - перенос информации от ДНК к рибосомам, управляя образованием первичной структуры белка 2. Транспортная РНК (т-РНК, S-РНК) М кДа. Функция - перенос к рибосомам амк-т, причем для каждой амк-ты свой тип т- РНК. 3. Рибосомальная (р-РНК) М млн. Функция - участвует в сборке белковой молекулы.

Строение и функции ДНК Сод: 1) аденин цитозин гуанин тимин (нет урацила!) 2) углевод - Д - дезоксирибоза 3) остаток фосф. к-ты М. 4 млн. - 5 млрд.Да. Закономерности в строении ДНК (правила Чаргаффа, 1952) 1) Молярное сод. аденина равно сод. тимина: А=Т 2)Молярное сод. гуанина равно сод. цитозина: Г=Ц 3)Сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых: А+Г = Т+Ц

Молекула ДНК - это двойная спираль из двух полинуклеотидных цепей (Уотсон, Крик, 1953). В параллельных цепочках аденин 2 водор. связями соед с тимином, а гуанин 3 водор. связями- с цитозином (образуя комплементарные пары). ДНК в основном нах. в ядрах клеток и митохондриях. Функция - хранение и передача наследственной информации. Ген - участок молекулы ДНК.