Структура и свойства природных а-аминокислот

Прежде всего, белки уникальны в отношении химического строения. Это гетерогенные нерегулярные полипептидные последовательности 20 а-аминокислот и их производных, включающих самые разнообразные по своим химическим и физическим свойствам, т.е. валентным и невалентным взаимодействиям, атомные группы. В химическом построении белковых молекул уже можно усмотреть огромные потенциальные возможности к вариации физико-химических свойств. И в то же время белки представляют собой фактически единственный класс соединений, химические свойства которых нельзя непосредственно соотнести с химическим строением молекул. Поведение белков всецело определяется исключительной, присущей только им пространственной структурной организацией. Лишаясь ее, белки теряют все свои биологические свойства. За редким исключением, лишь белковые цепи способны самопроизвольно свертываться в строго детерминированные структуры, геометрия и конформационная динамика которых в физиологических (нативных) условиях полностью определяются аминокислотной последовательностью. Трехмерные структуры белков индивидуализированы, очень сложны и имеют строгий порядок, не сводящийся, однако, к периодичности. Способность природной полипептидной цепи к пространственной самоорганизации и обретению определенной молекулярной структуры - самая яркая особенность белков, отсутствующая у молекул искусственных полимеров, в том числе у полученных человеком поли-а-аминокислот. В растворе синтетический полимер находится в состоянии статистического клубка, флуктуации которого могут приводить к появлению в цепи регулярных участков лишь ближнего порядка. При этом, однако, ни при каких условиях не образуются стабильные трехмерные структуры, тем более идентичные для всех молекул данного полимера. В твердом виде синтетический полимер пребывает в аморфном состоянии, которое может включать частично кристаллическую фазу из беспорядочно ориентированных друг относительно друга зародышевых микрокристаллических областей. Искусственные полимеры отличаются качественно и по своим химическим свойствам, которые в той или иной мере воспроизводят свойства соответствующего мономера и могут быть описаны ограниченным набором реакций, специфичных для повторяющегося звена в свободном состоянии. [c.51]

VI. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ а-АМИНОКИСЛОТ (ТАБЛ. 22) (см. стр. 55-57) [c.54]

Однако, зная только порядок расположения аминокислот, нельзя еще представить себе совершенно отчетливо все уровни организации белковой молекулы. Даже прн осторожном нагревании белки нередко необратимо утрачивают свойства, присущие им в природном состоянии, иными словами, происходит денатурация белков. Причем обычно денатурация не сопровождается расщеплением полипептидной цепи чтобы расщепить цепь, нужны более жесткие условия. Следовательно, цепи образуют какую-то определенную структуру под действием слабых вторичных связей . В образовании таких вторичных связей обычно участвует атом водорода, находящийся между атомами азота и кислорода. Такая водородная связь в двадцать раз слабее обычной валентной связи. [c.130]

Отделение теоретической и прикладной химии Заведующий G. R. Ramage Направление научных исследований кинетика реакций в аэродинамической трубе термометрическое титрование тонкослойная хроматография анализ кристаллической структуры неорганических веществ синтез и строение боргидридов и фторборатов получение пористого угля и окиси кремния адсорбция на различных окислах использование полифосфорной кислоты в синтезе меченые атомы в изучении ферроценов катализ на ионообмен ных смолах радиационная химия фторированных алифатиче ских углеводородов литий- и магнийорганические соединения реакции реактивов Гриньяра с азолактонами перегруппировка Клайзена реакция Канниццаро синтез /г-дибромбензола стирол, пентаэритрит и их производные реакции галоидирован ных ароматических аминов гетероциклические соединения синтез аминокислот и пептидов на основе пиридина, хинолина стероиды методы синтеза природных ксантонов способы полу чения ярких и прочных красителей фотохимия красителей полимеризация виниловых мономеров эмульсионная полимери зация хелатные инициаторы полимеризации облучение поли меров и их растворов свойства и методы испытания полимеров [c.269]

Важнейшая особенность белковой цепи, определяющая существование необратимых флуктуаций и, следовательно, возможность спонтанного возникновения высокоорганизованной структуры из хаоса, заключена в специфической конформационной неоднородности природной аминокислотной последовательности. Можно утверждать, что суть рассматриваемого явления состоит в наличии четкой взаимообусловленности между химическим строением, конформационными свойствами и необратимыми флуктуациями. Гетерогенность аминокислотной последовательности ответственна за различие в конформационных возможностях ее отдельных участков, что, в свою очередь порождает термодинамическую неоднородность флуктуаций, дифференциацию их на обратимые равновесные и необратимые неравновесные. Сочетание последних и порядок их следования определяют содержание и направленность механизма быстрой и безошибочной самосборки белковой цепи. Отмеченная связь присуща только эволюционно отобранным аминокислотным последовательностям. В случае же гомогенных, регулярных или даже гетерогенных синтетических полипептидов со случайным порядком аминокислот тот же беспорядочный по своему характеру процесс не имеет развития и не выводит цепь из состояния статистического клубка. Сказанного, однако, недостаточно для объяснения высокой скорости сборки трехмерной структуры белка при его биосинтезе или ренатурации. Чтобы беспорядочно-поисковый механизм мог действительно привести к свертыванию цепи, селекция бифуркационных флуктуаций не должна представлять собой перебор возможных комбинаций всех случайных изменений целой полипептидной цепи, количество которых невероятно велико, и сборка структуры даже такого низкомолекулярного белка, как БПТИ, должна была бы продолжаться не менее 10 ° лет. [c.474]

Расположение природных аминокислот по значению Рц не отвечает обратному порядку их расположения по значениям P . Например, остаток Glu является хорошим образователем и а-спирали (Р = 1,17), и -структуры (P = 1,23), а остаток Asn эффективно ослабляет обе вторичные структуры (Рц = 0,73, P = 0,65). Эти данные статистической обработки весьма интересны. Они указывают на отсутствие у большинства остатков антагонизма по отношению к обеим вторичным структурам, т.е. на приблизительно одинаковую вероятность многих остатков входить как в а-спираль, так и в -структуру. Заметим, что это свойство природных аминокислот чрезвычайно уменьшает эффективность статистического подхода к идентификации вторичных структур. На основе конформационных параметров Р и P Чоу и Фасман сформулировали простые правила определения а-спиралей и - [c.258]

Таким образом, заложена принципиальная основа искусственного синтеза белка. Однако исследователям еще приходится решать много неясных вопросов. В частности, полипептиды могут быть синтезированы из огромного числа аминокислот, но не обладать всем[1 свойствами природных белков, что может быть обусловлено различием их структур. [c.30]

Наиболее важным для технологии свойством белков является способность их денатурироваться. Под денатурацией понимают внутримолекулярные изменения структуры природного белка, не сопровождающиеся гидролизом первичных связей между составляющими белок аминокислотами. Денатурация белка происходит под влиянием таких технологических факторов, как тепло, органические растворители, внешнее давление при прессовании и измельчении, а также другие неблагоприятные внешние воздействия. Наиболее заметным проявлением денатурации является изменение растворимости белка и его пластических (физикомеханических) свойств. [c.30]

Оптические свойства аминокислот. Все природные аминокислоты, за исключением глицина, содерл<ат один или более асимметрических атомов углерода и являются оптически активными вешествамн. Поэтому аминокислоты могут существовать в виде оптических изомеров, из которых один будет вращать плоскость поляризации проходящего через них луча света вправо ( + ), а другой влево (—). Для изображения структуры оптических антиподов применяются проекционные формулы. В этих формулах вокруг асимметрического атома углерода размещаются в соответствии с их пространственным положением атомы или радикалы. Все аминокислоты, выделенные до сих пор из хорошо известных белков, обладают одинаковой конфигурацией, т. е. одним и тем же пространственным расположением четырех радикалов при а-углеродном атоме. Установлено, что а-амикокис-лоты имеют такую же конфигурацию, как -глицериновый альдегид [c.20]

Аминокислоты по взаимному расположению карбоксильной и аминогруппы делятся на а-, Р , у- и т. д. аминокислоты, причем имеются некоторые специфические способы синтеза аминокислот каждого из этих классов и свойства их в некоторых отношениях различаются. С биологической точки зрения колоссальное значение имеют а-аминокислоты, ряд которых (табл. 49) можно получить из природного материала, гидролизуя белки — мясо, кожу, желатин, шерсть, волос, перо, белки протоплазмы и ядра любой растительной или животной клетки, казеин из творога, ряд гормонов, подобных инсулину, ферменты (например, пепсин) и т. д. а-Амино-кислоты являются простейшими кирпичами в структуре высокомолекулярных веществ — белков, без которых никакая жизнь не существует. Белки включают как жирные а-аминокислоты, так и ароматические и гетероциклические, поэтому их удобнее рассмотреть в конце курса (часть П). [c.484]

Мы начнем наше рассмотрение с химии а-аминокислот, т. е. тех структурных элементов, из которых построены белки после этого мы обсудим проблему сборки аминокислот в полимерные соединения, рассмотрим некоторые свойства белков и в заключение кратко опишем методы выделения белков из природных объектов и методы их очистки. Более подробно структура белков рассматривается в гл. IV. [c.40]

Дальнейшее развитие химии органических лекарственных веществ идет как в направлении поисков новых, более совершенных синтетических заменителей и дополнителей сложных природных физиологически активных веществ (алкалоидов, витаминов, гормонов, антибиотиков, аминокислот) и их антагонистов, так и по пути синтеза самих природных веществ и направленного изменения их структуры с целью улучшения терапевтических свойств и получения новых лекарственных препаратов. [c.13]

Область органической химии, посвященная изучению структуры и химических свойств соединений, синтезируемых живыми организмами, исключительно велика по объему и чрезвычайно разнообразна. Многие типы природных соединений, рассмотренные в предыдущих главах, например углеводы, аминокислоты, белки и пептиды, а также алкалоиды, были исследованы настолько детально, что описанию их распространения в природе, методов выделения и анализа, установления структуры, рассмотрению их химических реакций, способов синтеза, биологических функций и биогенетических реакций, приводящих к их образованию, посвящены (или могут быть посвящены) целые тома или даже серии томов таков объем наиболее важных областей, связанных с исследованием природных соединений. [c.417]

Г. К. Будников показал, что метод осциллографической полярографии является очень ценным и перспективным для изучения химических свойств и реакций сложных по структуре физиологически активных и природных соединений (алкалоидов, витаминов, гормонов, стероидов, аминокислот, нуклеиновых кислот, белков). [c.86]

Вторая группа пептидов гораздо более разнообразна структурно и Заключает в себе все соединения, содержащие две или более аминокислот, связанных амидной связью, но которые обладают некоторыми структурными свойствами, не характерными для белков. В нее входят такие необычные аминокислоты, которые не найдены в белках, как аминокислоты с D-конфигурацией или в более окисленном состоянии, связанные необычной амидной связью, например Глутамилпептиды, связанные сложноэфирной связью (депсипептиды), и различные циклические структуры. Эти пептиды в основном выделены из микроорганизмов, и многие из них обладают значительной биологической активностью. Некоторые из них токсичны для растений и животных, в то время как другие нащли применение в качестве антибактериальных, противоопухолевых и противовирусных агентов. Ионофорные пептиды нащли применение в качестве мощного средства при изучении транспорта ионов через природные и искусственные мембраны. Вероятно, в будущем с помощью более утонченных биологических эксперимен- [c.285]

От ДЛИНЫ, объема и взаиморасположения радикалов аминокислот, составляющих белковую молекулу, зависят объем, форма и рельеф поверхности белковой частицы. Радикалы гли, ала, вал, лей. иле. фен та три неполярны, а остальных аминокислот—полярны в той или иной мере. Это определяет степень растворимости белков р различных растворителях. Таким образом, разнообразие радикалов аминокислот по химической природе и физическим свойствам тесно связано с полифункциональностью и специфическими особенностями белковых тел. Именно эти свойства выделяют белки из ряда других природных биополимеров и наряду с другими особыми их качествами (биокаталитическая активность, образование сложных комплексов с другими биополимерами, способность образовывать надмолекулярные структуры, денатурация и ренатурация, динамические переходы между глобулярным и фибриллярным состоянием, неисчерпаемое разнообразие и вместе с тем высокая специфичность структуры молекул и т. п.) обеспечивают им роль материальной основы жизненных процессов. [c.44]

С. Фокс (S.Fox) осуществил абиогенный синтез полипептидов, состоящих из 18 природных аминокислот, с молекулярной массой от 3000 до 10000 Да. Особенностью первичной структуры этих полимеров была обнаруженная у них определенная последовательность аминокислотных остатков в цепи, обусловленная, вероятно, структурными особенностями самих аминокислот. Полученные полимеры обладали многими свойствами, сближающими их с природными белками служили источником питания для микроорганизмов, гидролизовались протеиназами, при кислотном гидролизе давали смесь аминокислот, обладали каталитической активностью и способностью к образованию микросистем, отграниченных от окружающей среды мембраноподобными поверхностными слоями. Из-за большого сходства с природными белками полипептиды, синтезированные С. Фоксом, были названы про-теиноидами (белковоподобными веществами). [c.193]

Кроме состояния самой расщепляемой группы важными характеристиками субстратов протеаз являются свойства боковых цепей аминокислотных остатков и рос конформация. Структура и свойства боковых цепей природных аминокислот варьируют в широких пределах. С точки зрения ферментативного катализа наиболее существе1шыми характеристиками являются зарядовое состояние боковой цепи, ее размер, гидрофобность, конформация как основной цепи полипептида, так и боковых цепей и конформационная подвижность. Эти свойства будут рассмотрены в этом разделе на примере ациламинокислот и простых пептидов. [c.25]

Синтез и исследование аналогов природных аминокислот были начаты в середине 40-х годов XX столетия в связи с развитием концепции об антиметаболитах и изучением структур природных пептидных антибиотиков. Установление структур многих биологически активных пептидов (гормонов, кининов, токсинов, нейро- и иммунопептидов), их практическое применение как в научных исследованиях в качестве биохимических реактивов, так и в медицине и ветеринарии в качестве лекарственных препаратов и биостимуляторов послужили дальнейшим мощным стимулом для синтеза неприродных вариантов аминокислот и аналогов биологически активных пептидов на их основе. Такие аналоги во многих случаях выгодно отличаются от природных пептидов измененным метаболизмом и спектром биологического действия, более высокой активностью, более пролонгированным периодом действия в живых организмах. Некоторые неприродные аминокислоты нашли применение в медицине как лекарственные препараты, ингибиторы ферментов, компоненты различных лекарственных форм препаратов. Синтез и изучение свойств неприродных вариантов аминокислот — в настоящее время важное направление исследований в области биоорганической химии. [c.5]

Природные соединения делятся на несколько групп, обычно в соответствии с их структурой. К наиболее важным и необходимым для жизни природным продуктам относятся белки, нуклеиновые кислоты, сахариды и липиды. Каждая из этих групп соединений имеет характерные структурные особенности. Другие группы природных веществ имеют какие-либо другие общие свойства. Так, природные красители поглощают свет и сами являются окрашенными, витамины должны присутствовать в пище (обычно в малых количествах), чтобы предупредить заболевание организма, антибиотики представляют собой вещества, образующиеся в микроорганизмах и обладающие химиотерапевтическими свойствами. В микроорганизмах могут вырабатываться и чрезвычайно ядовитые для человека и животных соединения. В качестве примера приведем афлатокси-ны, продукты плесени Aspergillus flavus, которые относятся к наиболее ядовитым соединениям и, кроме того, оказывают сильное канцерогенное действие. Некоторые природные соединения объединяются по способу получения. Так, например, стероиды и терпеноиды образуются из изопреновых фрагментов (откуда возникло их общее название — изопреноиды), алкалоиды — из аминокислот. [c.179]

В издании рассмотрены все основные классы природных соединений, для которых приведены кпассификации, особенности молекулярной структуры, таблицы типичных представителей, схемы характерных химических реакций, значимые медико-биологические свойства, пути биосинтеза, природные источники При создании книги использована оригинальная литература по 2000 год вкпючительно Содержание книги отражено в 13 главах Введение, Простейшие бифункциональные природные соединения. Углеводы, Аминокислоты, пептиды и белки. Липиды жирные кислоты и их производные, Изопреноиды-1, Изопреноиды-И, от сесквитерпенов до политерпенов. Фенольные соединения. Алкалоиды и порфирины. Витамины и коферменты, Антибиотики, Разные группы природных соединений, Металло-знзимы, Предметный указатель [c.2]

Динамическая стереохимия, изучающая конформационные равновесия молекул, влияние пространственного строения молекул на их реакционную способность — актуальная область теоретической органической химии. Конформационные представления имеют большое значение в молекулярной биохимии, молекулярной биологии, молекулярной фармакологии, так как биологическая активность большинства природных соединений (аминокислот, пептидов, белков, ферментов, углеводов, ДНК, РНК, стероидов, алкалоидов), а также лекарственных веществ зависит от их пространственного строения. В связи с этим большой интерес представляет конформационный анализ молекулярных структур, содержащих конформационно подвижную циклогексановую систему. К этим соединениям относятся, в частности, производные циклогексана, содержащие алкильные, винильные, этинильные и кислородсодержащие функциональные фуппы —С=0, —ОН, —СО—СН3, —О—СО—СН3. Большое практическое значение имеют производные циклогексана с эпоксидной функциональной группой — алкициклические эпоксиды, являющиеся исходными соединениями синтеза эпоксидных полимеров с ценными физико-химическими свойствами. [c.66]

Большое сходство в химических и физических свойствах между синтетическими полипептидами Фишера и некоторыми белками (протеинами) оказало дальнейшую поддержку предположению, ранее выдвинутому Фишером и независимо от него Хофмейстером в 1902 г. о пептидном строении белков (протеинов). Эта теория предполагала, что молекула белка (протеина) построена только из цепей а-аминокислот (и позже, конечно, были включены а-ими-нокислоты), связанных друг с другом пептидными (амидными) связями между а-амино- и а-карбоксильными группами [см. формулу (1)].Сам Фишер учел, что возможны и другие способы соединения между аминокислотами в молекуле белка (протеина) и добавил к имеющимся сомнениям вопросы о размере и сложности природных белков, что вызвало в период 1920—1940 гг. различные предположения [3] об альтернативных способах связи между остатками аминокислот. Сэнджер [4] писал в 1952 г., что самым убедительным доводом в поддержку пептидной теории строения белков (протеинов) в действительности было то, что с 1902 г.— со времени ее возникновения, не были найдены опровергающие ее факты сам Сэнджер привел одно из первых убедительных доказательств этой теории, установив полную структуру белкового гормона инсулина. [c.218]

Конфигурация асимметрического центра аминокислот имеет существенное значение для проявления биологической активности как самих аминокислот, так и более крупных молекул, в состав которых входят аминокислоты. Оптическая чистота остатков аминокислот сильно сказывается на биологических свойствах олиго- и полимерных соединений, мономерами которых служат остатки аминокислот (эти соединения называются пептидами). Многие лекарственные формы пептидной природы получают, модифицируя природный пептид О-аминокислотами с целью пролонгирования действия препарата, так как пептиды с О-аминокислотами становятся менее подверженными разрушающему действию пептидаз, "узнающих" только остатки Ь-аминокислот. Введение 0-а]Ушнокис-лоты в пептид может, в зависимости от места модификации, пролонгировать активность или уничтожить её, а в ряде случаев такое изменение структуры сообщает пептиду новую биологическую активность. [c.39]

Трудности, возникающие прн установлении структуры нуклеотидо-пептидов, связаны с тем, что практически отсутствуют данные о свойствах этого класса природных соединений. Обычно исследователи в этой области пользуются далекими хи.мическими аналогиями, не учитывая той специфики, которую вносят в поведение нуклеотидопептида его фрагменты — нуклеотиды или аминокислоты, несущие различные функциональные группы и гетероциклические ядра. В связи с этим большое значение должны иметь исследования в области химии нуклеотидопеп- [c.345]

Прямое доказательство способности плюс -цепи РНК фага f2 служить матрицей для трансляции было получено в опыте Циндера и сотрудников, которые добавили РНК, выделенную из зрелых фаговых частиц, в бесклеточную систе.му синтеза белка, подобную той, которую использовал Ниренберг для расшифровки генетического кода (гл. XVHl). Оказалось, что фаговая РНК стимулирует полимеризацию радиоактивных аминокислот. Более того, было установлено, что значительная часть образующихся при этом полипептидных цепей имеет такую же первичную структуру, что и белок оболочки фага 2. Этот эксперимент, проведенный спустя год после открытия Ниренбергом кодирующих свойств синтетических полирибонуклеотидов, был первым случаем синтеза in vitro природного белка на природной РНК-матрице. В последующей работе было показано, что по своей третичной структуре синтезированные таким способом искусственные полипептиды, вероятно, подобны белку оболочки фага [2, так как они обладают способностью связываться с присутствующей в реакционной смеси фаговой РНК. [c.474]

Монография посвящена актуальной проблеме взаимосвязи структур и регуляторных (информационных) функций эндогенных пептидов и их синтетических аналогов,, обеспечивающих саморегуляцию организма в условиях внешней или внутренней дестабилизации. В компактной форме представлены литературные данные о физико-химических свойствах аминокислот и пептидов, которые определяют их участие в межмолекулярных взаимодействиях и могут быть основой биологически значимых связей между ними. Предложена гипотеза о передаче биохимических сигналов в клетке и в межклеточной среде по системе водородных связей водного окружения пептидов и фосфолипидных мембран. В работе освещены некоторые молекулярные механизмы развития возрастной патологии. Представленные данные положены в основу практических подходов к получению лечебных препаратов функционально- и тканеспеиифического действия как в форме природных комплексных пептидных препаратов, так и в виде их синтетических аналогов. [c.4]

Известен ряд примеров различной активности природных мутантных форм некоторых а адгидролаз [1195,2101-21033. В случае точечных мутаций появляется возможность сравнивать свойства ферментов, в которых произошла замена одной аминокислоты на д )угую. Однако эти возможности были весьма ограниченны, пока не была разработана технш а направленного мутагенеза (см. обзоры [2104, 21053). С тех пор работы по направленному мутагенезу ферментов стали нарастать лавинообразно (см. [2106-21101). Это направление получило название белковой инженерии ферментов и успешно используется для выявления связи их структуры и функции. [c.198]

Феномен молекулярного импринтинга был впервые обнаружен в 1972 г. Для его реализации в водном растворе получают ма-кромолекулярные комплексы низкомолекулярных лигандов с полимерами, которые далее высушивают и промывают растворителем, избирательно освобождающим комплексы от лиганда, но не растворяющим макромолекулы [163]. Поскольку подвижность макромолекул в твердой фазе ограничена, они сохраняют конформацию, которая была индуцирована в них соответствующим лигандом, даже после его удаления из комплекса. В итоге образуется новый класс искусственных материалов, обладающих свойствами специфических рецепторов, поскольку заключают в себе отпечаток пространственной структуры лиганда-матрицы. Такие материалы обладают высоким сродством и избирательностью по отношению к лигандам, уникальной стабильностью, значительно превышающей таковую природных биоматериалов, и их довольно просто получать в большом количестве. Они активно внедряются в практику для синтеза, разделения, идентификации и связывания матричных лигандов и их производных, а также создания биосенсоров. Лигандами же могут служить микроорганизмы, белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, сахара, алкалоиды, стероидные соединения, токсины, гербициды, ароматические и гетероциклические химические соединения, ионы металлов и вещества в газообразной фазе. [c.374]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология