ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свойства белковых веществ из "Ферменты" Белки яьляются важнейшей составной частью живых организмов. Они играют первенствующую роль, выполняя в организме функции, связанные с основными проявлениями жизни, в том числе функции пластические, энергетические, обусловливая особую, свойственную данному виду организмов, направленность обмена веществ, определяя ход явлений роста и воспроизведения, дыхания и мышечного сокращения (движения), природу заболеваний и т. д. Кроме белков, исключительно важную роль играют нуклеиновые кислоты, однако надо помнить, что сами они не могут образоваться без участия белков-ферментов. Все основные жизненные процессы всегда связаны с образованием и распадом белков и нуклеиновых кислот и определяются наличием тех или иных ферментов, которые все представляют собою белки. [c.21] Молекулы белков по структуре очень сложны и включают каждая тысячи, десятки тысяч и даже сотни тысяч атомов. Строение их специфично, характерно для определенного белка. Специфичность строения обусловливает и строгую специфичность функций данного белка, его точно определенную роль в обмене веществ, способность расщеплять вещества определенной природы и строения и т. п. [c.22] Химические свойства белков таковы, что они обладают исключительно большой реактивностью, могут взаимодействовать с множеством самых разнообразных веществ, принимать участие в различных по своему характеру химических процессах, при этом реагируют строго избирательно. [c.22] Белки сравнительно неустойчивы они легко разрушаются и могут находиться в нативном (неизменном, природном) состоянии только в определенных условиях, исключающих сильные воздействия, как например, значительное нагревание, высокую кислотность или щелочность и т. п. [c.22] Из сказанного ясно, что выделение и очистка белков представляют собой весьма сложную задачу. Большинство из них чувствительны к нагреванию, действию кислот, щелочей, органических растворителей, ионов многих солей и других факторов. Обычные методы, применяемые при выделении органических веществ, почти непригодны в химии белка. [c.22] Белковые вещества состоят из следующих основных элементов углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Процентное содержание их варьирует от белка к белку и составляет в среднем, % С—50,6—54,5 И —6,5—7,3 0-21,5-23,5 N-15,0-17,6 5 — 0,3—2,5. Кроме того, во многих протеинах содержатся и иные элементы, например фосфор Р — 0,5—0,6%, некоторые галогены, атомы металлов, в частности, Ре +, РеЗ+, Со +, Мп2+, Са2+, Mg2+ и другие. [c.23] В последнее время разработаны очень точные методы хроматографического разделения, позволяющие получать все аминокислоты с выходом, составляющим 99% их общего содержания в белке. Кроме них в составе протеинов могут быть в определенных количествах другие вещества углеводы, липиды, металлы, фосфорная кислота и иные соединения. Целый ряд (еще не менее 20) редко встречающихся аминокислот был обнаружен в различных протеинах в разное время. [c.23] Здесь R, R2 и R — боковые группы или боковые цепи отдельных аминокислотных остатков. Пептидные связи белков образуются отщеплением воды от а-аминогруппы одной из аминокислот и а-карбоксильной группы другой. Считается неисключенной возможность того, что в основных пептидных цепях в очень небольших количествах могут присутствовать и другие, непептидные связи. [c.24] Представляет интерес вопрос, в какой последовательности размещены аминокислоты на всем протяжении полипептидной цепи. Для обозначения химической формулы протеинов, т. е. их аминокислотного состава и той последовательности, по которой аминокислоты располагаются в цепи, принят термин первичная структура белков. Благодаря главным образом работам Ф. Сэн-гера мы располагаем сейчас точными методами, которые позволяют расшифровывать первичную структуру и детально выяснить ее для целого ряда важных белков, в том числе таких, поли-пептпдная цепь которых включает 124 (фермент рибонуклеаза) и даже 158 (белок вируса табачной мозаики) аминокислотных остатков. [c.24] Начальный этап в изучении первичной структуры пептида или белка состоит в определении N-концевой аминокислоты, т. е. той, которая находится на конце цепи и имеет свободную а-аминную группу. Ее можно при помощи специальных методов отщепить и точно идентифицировать. Затем то же самое можно повторить с концевой группой, оставшейся на конце цепи после отщепления первой. Повторяя операции несколько раз и осуществляя ступенчатый гидролиз цепи, возможно определить в нем аминокислотную последовательность с N-конца. Возможно подобное определение и аминокислоты со свободной а-СООН-группой (С-конце-вой), но при помощи иных методов. Этим способом можно определить лишь по несколько звеньев с обоих концов, так как повторные операции удается повторять не более чем 5— 12 раз. Однако таким путем не трудно расшифровывать строение пептидов — продуктов гидролиза белка. [c.24] Полипептидные цепи в молекулах белков часто бывают связаны между собой за счет дисульфидных связей цистина, которые способны образовывать мостики между разными участками одной цепи или разных цепей, разрываться и вновь образовываться, связывая другие участки цепей. Дисульфидные связи мещают определению последовательности аминокислот и поэтому их разрушают перед анализом, окисляя надмуравьиной кислотой или восстанавливая сульфгидрильными соединениями, как бы освобождая при этом сами цепи. [c.25] За последние годы полностью расшифрована первичная структура целого ряда важных пептидов и белков окситоцина и вазо-прессина, инсулина, адренокортикотропного и меланотропного гормонов гипофиза, глюкагона из поджелудочной железы, цитохрома С, рибонуклеазы, трипсина, химотрипсина, гемоглобина, белка вируса табачной мозаики. Близка к завершению расшифровка и других протеинов. [c.25] Первичная структура одного из наиболее изученных белков — рибонуклеазы показана (для ряда случаев даже функциональная роль отдельных аминокислот) на рис. 3. [c.25] К числу важнейших функциональных групп белков, находя щихся обычно на боковых цепях аминокислот, относятся следую щие сульфгидрильные группы остатков цистеина и дисульфид ные группы а-аминные группы, находящиеся на концах цепей и близкие им по многим свойствам е-аминогруппы лизина карбоксильные группы аспарагиновой и глютаминовой кислот гидроксильные группы алифатических оксикислот (серина треонина) и фенольные оксигруппы тирозина наконец, индоль ные кольца триптофана, имидазольные кольца гистидина и гуани диновые радикалы аргинина. [c.25] В компактно свернутых молекулах глобулярных белков часть функциональных групп недоступна (или малодоступна) действию реагентов, некоторые становятся активными лишь после денатурации, которая связана с переукладкой пептидных цепей. Иногда предполагают, что нереагирующие группы (эндогруппы) скрыты внутри белковой частицы, а активные (экзогруппы) расположены на поверхности или вблизи от нее. Четкой границы между теми и другими провести нельзя, в частности, при оценке следует учитывать свойства реактивов, их способность проникать внутрь молекулы белка, окружение данной функциональной группы в ней и другие факторы. [c.29] Физико-химические свойства белков изучаются с использованием самых разнообразных методов. Их электрохимические особенности определяются наличием карбоксилов, обладающих кислыми свойствами, и аминных групп со свойствами оснований. Благодаря этим (и некоторым иным) группам белки в растворах проявляют амфотерные свойства. При различных pH среды в белках преобладает диссоциация тех или иных группировок и это придает частицам белков соответствующий заряд, обусловливающий их движение в электрическом поле (электрофорез). Скорость такого движения — электрофоретическая подвижность белка, выражаемая в см -вольт сек , зависит от плотности заряда на поверхности молекулы. При соблюдении сравнимых условий опытов она является одной из величин, характеризующих различные протеины. [c.29] Электрофорез широко применяется для разделения смесей белков и их детального анализа. О природе диссоциирующих функциональных групп позволяет судить электрометрическое титрование белковых растворов. Во время электрофореза белки движутся в кислых растворах к катоду, а в щелочных — к аноду. Существует, однако, для каждого из них такое значение pH, при котором никакого движения не происходит. Его называют изо-электрической точкой. Белок при изоэлектрическом состоянии содержит положительно и отрицательно заряженные группы в одинаковом количестве. Его суммарный свободный заряд равен нулю. Обычно считают, что в изоэлектрической точке белки являются многовалентными цвиттерионами и содержат большое количество анионных и катионных групп, заряды которых как бы уравновешивают друг друга. Белки обладают дипольным моментом, который в растворах выражается величиной от 100 до 1000 ед. Дебая. Диэлектрическая проницаемость белковых растворов всегда выше, чем растворителей. [c.29] Белковые вещества обладают способностью связывать значительные количества воды — гидратироваться. Важность гидратации белков видна из того, что вода представляет собой универсальную среду биологических реакций. Гидратация состоит в связывании дипольных молекул воды с ионами или ионными группами, а также с диполями или полярными группами она происходит и в растворах, и в твердых веществах. Значительную гидратацию белков обусловливает наличие на поверхности их молекул большого количества разнообразных полярных, в том числе ионогенных, групп. Количество гидратационной воды, связанной с альбуминами и глобулинами, составляет 0,2—0,6 г на 1 г сухого веса белка. Объем гидратированных молекул всегда меньше суммы объемов ее компонентов. Это значит, что гидратация всегда сопровождается уплотнением, уменьшением общего объема. Интересно, что растворимость белков в воде далеко не всегда параллельна их способности гидратироваться. Некоторая взаимосвязь здесь имеется, однако наличие большого количества положительно и отрицательно заряженных радикалов может приводить и к противоположному эффекту группы с разными зарядами могут образовывать солеобразные связи внутри молекулы белка и с соседними белковыми молекулами. В определенных условиях белки могут образовывать студни (гели), в которых иммобилизированы значительные количества воды. [c.30] Растворы белков обладают многими свойствами, которые характерны для лиофильных коллоидных растворов. Молекулы белков не проходят через полупроницаемые мембраны, и это используется для их очистки от низкомолекулярных примесей при помощи диализа. Представляет большой интерес определение размеров, формы белковых молекул и молекулярных весов белков. Для этой цели используется целый ряд физико-химических методов. Так, белки в растворах седиментируют в ультрацентрифугах при ускорениях до 200 ООО g , величины констант седиментации колеблются от 1 Ю до 90—100 сек. Коэффициенты диффузии — в пределах от 0,1 10 до 10- 10 средний удельный объем — около 0,75 см г. Размеры и форму (асимметрию) частиц белка определяют, кроме того, методами светорассеяния, двойного лучепреломления в потоке, измерениями вязкости, коэффициента вращательной диффузии, но, по-видимому, наиболее точно — прямым наблюдением в электронном микроскопе в тех случаях, когда молекулы белка достаточно велики и когда удается преодолеть технические затруднения. Молекулярные веса, кроме названных выше способов, определяют методами осмометрии, гель-фильтрации, исследованием монослоев белков на поверхности жидкой фазы, светорассеяния и др. [c.30] Вернуться к основной статье