Химия. Белки
х.
Склеропротеины — нерастворимые белки. К склеропротеинам относятся кератины,
белок кожи и соединительных тканей коллаген, белок натурального шелка
фиброин.
Протеиды построены из протеинов, соединенных с молекулами другого типа
(простетическими группами).
Фосфопротеиды содержат молекулы фосфорной кислоты, связанные в виде
сложного эфира у гидроксильной группы аминокислоты серина. К ним относится
вителлин—белок, содержащийся в яичном желтке, белок молока казеин.
Гликопротеиды содержат остатки углеводов. Они входят в состав хрящей,
рогов, слюны.
Хромопротеиды содержат молекулу окрашенного вещества, обычно типа порфина.
Самым важным хромопротеидом является гемоглобин — переносчик кислорода,
окрашивающий красные кровяные тельца.
Нуклеопротеиды — протеины, связанные с нуклеиновыми кислотами. Они
представляют собой очень важные с биологической точки зрения
белки—составные части клеточных ядер. Нуклеопротеиды являются важнейшей
составной частью вирусов — возбудителей многих болезней.
Определение строения белков
Определение строения белков является очень сложной задачей, но за
последние годы в химии белка достигнуты значительные успехи. Помимо методов
получения высокомолекулярных синтетических полипептидов, построенных из
большого числа молекул одинаковых а-аминокислот, разработаны методы синтеза
смешанных полипептидов с заранее заданным порядком чередования различных а-
аминокислот путем постепенного их наращивания.
Полностью определена химическая структура нескольких белков: гормона
инсулина, антибиотика грамицидин, фермента, расщепляющего нуклеиновые
кислоты, рибонуклеазы, гормона аденокортикотропина, белка вируса табачной
мозаики, миоглобина, гемоглобина и др. Частично определена структура
некоторых других белков.
Изучение химического строения белка начинают с определения
аминокислотного состава. Для этого используется главным образом метод
гидролиза, т. е. нагревание белка с 6—10 моль/л соляной кислотой при
температуре 100—110°С. Получают смесь а-аминокислот, из которой можно
выделить индивидуальные аминокислоты.
Например, полный гидролиз одного трипептида приводит к образованию
трех аминокислот:
Для количественного анализа этой смеси в настоящее время применяют
ионообменную и бумажную хроматографию. Сконструированы специальные
автоматические анализаторы аминокислот.
Итак, гидролиз белков, по существу, сводится к гидролизу полипептидных
связей. К этому же сводится и процесс переваривание.
Разработаны также ферментативные методы ступенчатого расщепления
белка. Некоторые ферменты расщепляют макромолекулу белка специфически —
только в местах нахождения определенной аминокислоты. Так получают продукты
ступенчатого расщепления — пептоны и пептиды, последующим анализом которых
устанавливают их аминокислотный состав.
Значительно более сложным является определение последовательности
амидокислот в пептидных цепях белка. С этой целью прежде всего определяют N-
и С-концы полипептидных цепей, при этом решаются два
вопроса—идентифицируются концевые аминокислоты и определяется число
пептидных цепей, входящих в состав макромолекул белка. Для определения N-
концов пептидной цепи получают N-производное концевой аминокислоты пептида,
которое идентифицируют после полного гидролиза пептида. С-концы пептидных
цепей определяются избирательным отщеплением концевой аминокислоты с
помощью специфического фермента — карбоксипептидазы и последующей
идентификацией этой аминокислоты. Если макромолекула белка состоит из двух
(или более) пептидных цепей, как в случае инсулина, то избирательно
разрушают дисульфидные мостики окислением (например, над-муравьиной
кислотой) и затем полученные полипептиды разделяют путем фракционирования
на ионитах. Для определения последовательности расположения аминокислот в
каждой полипептидной цепи ее подвергают частичному кислотному гидролизу и
избирательному расщеплению с помощью ферментов, каждый из которых разрывает
полипептидную цепь только в определенных местах присоединения какой-то
одной определенной аминокислоты или одного типа аминокислот (основных,
ароматических). Таким образом получают несколько наборов пептидов: которые
разделяют, используя методы хроматографии и электрофореза. Строение
коротких пептидов определяют последовательным отщеплением и идентификацией
концевых аминокислот упомянутыми выше методами, а большие пептиды
подвергают дополнительному расщеплению с последующим разделением и
определением строения. Затем путем сложного сопоставления структуры
различных участков пептидной цепи воссоздают полную картину расположения
аминокислот в макромолекуле белка. Работа эта очень трудоемкая, и для
определения химической структуры белка требуется несколько лет.
Для изучения пространственной структуры белка, последовательности
соединения аминокислот в том или ином белке используют различные физико-
химические методы, из которых наиболее эффективными оказались метод
ступенчатого расщепления и рентгеноструктурный анализ.
Рентгеноструктурный анализ - метод исследования атомной структуры в-ва
с помощью дифракции рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи взаимодействуют
с электронными оболочками атомов. В результате этого взаимодействия
происходит дифракция рентгеновских лучей и на фотопленке получается
дифракционная картина — пятна или окружности. Из дифракционной картины при
помощи сложных расчетов устанавливают распределение электронной плотности в-
ва, а по ней - род атомов и их расположение.
В настоящее время установлено, что большинство белков состоят из 22
качественно разных а-аминокислот.
При образовании молекулы белка или полипептида а-аминокислоты могут
соединяться в различной последовательности. Возможно огромное число
различных комбинаций. Так же как, пользуясь 20...30 буквами алфавита, можно
написать текст любой длины, так и из 20 а-аминокислот можно образовать
больше 1018 комбинаций. Существование различного типа полипептидов
практически неограничено.
Определение наличия белка:
Для идентификации белков и полипептидов используют специфические реакции на
белки. Например:
а) биуретовая реакция
б) ксантопротеиновая реакция (появление желтого окрашивания при
взаимодействии с онцентрированной азотной кислотой, которое в присутствии
аммиака становится оранжевым; реакция связана с нитрованием остатков
фенилаланина и тирозина);
в) реакция Миллона (образование желто-коричневого окрашивания при
взаимодействии с Hg(NО3)2+HNО3+HNO2
г) нингидриновая реакция
д) при нагревании белков со щелочью в присутствии солей свинца выпадает
черный осадок PbS, что свидетельствует о присутствии серусодержащих
аминокислот.
е) сильное нагревание вызывает не только денатурацию белков, но и
разложение их с выделением летучих продуктов, обладающих запахом жженых
перьев.
Белки обычно образуют коллоидные растворы. Многие реагенты вызывают
осаждение белков — коагуляцию, которая может быть обратимой и необратимой.
Например, этанол и ацетон коагулируют белки, но эта коагуляция является
обратимой. В чистой воде коагулированные этим способом белки снова образуют
коллоидный раствор. Обратимую коагуляцию вызывают также растворы некоторых
солей (MgSO4 (NH4)2SO4 Na2SO4). Необратимую коагуляцию (денатурацию) белка
вызывает кипячение, а также действие минеральных кислот, пикриновой
кислоты, солей тяжелых металлов, танина.
Синтез пептидов
Синтез пептидов связан с рядом существенных трудностей. Прежде всего,
необходимы оптические активные изомеры а-аминокислот. Кроме того, требуются
специальные приемы для осуществления последовательного образования
пептидных связей в нужной нам последовательности а-аминокислот: защита
аминогрупп, активация карбоксильных групп, отщепление защитных групп,
множество специальных реагентов.
Но грандиозная работа по анализу и синтезу белков в последний период
революционизировалась благодаря использованию высокоэффективных
автоматических приборов. К ним относят синтезаторы — установки для синтеза,
круглосуточно работающие без человека по заданной программе. Это одно из
проявлений компьютеризации в химии. Создание таких автоматов стало
возможным после появления новых плодотворных химических идей. Синтезаторы
появились после предложения американским химиком P. Meрифилдом нового
принципа — синтеза на полимерном носителе, обладающем определенными
функциональными группами.
Такой способ исключает необходимость выделения промежуточных продуктов
на каждой стадии синтеза и легко подвергается автоматизации.
Изыскивая пути исусственного получения белка, ученые интенсивно
изучают механизм его синтеза в организмах. Ведь здесь он совершается в
«мягких» условиях, удивительно четко и с большой скоростью. (Молекула белка
в клетке образуется всего за 2—3 с.) Выяснено, что синтез белков в
организме осуществляется с участием других высокомолекулярных
веществ—нуклеиновых кислот. В настоящее время человек уже глубоко познал
механизм биосинтеза белка и приступил к искусственному получению важнейших
белков на основе тех же принципов, которые столь совершенно отработаны в
процессе развития органического мира.
| |  скачать работу |
Химия. Белки |
