Белковые молекулы как основа жизни. Биологические функции белков.

Белки - это высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, мало отличающиеся по элементарному составу, но резко отличающиеся по химическому составу, строению, свойствам, функциям. Белки - основа жизни.

Биологические функции:

1) - каталитическая (ферментативная): рибонуклеаза, химотрипсин, лизоцим.

2) - транспортная: обеспечивают транспорт шлаков, газов и т.д.

3) - пищевая и запасная (резервная): яичный альбумин, казеин молока и глиадин пшеницы.

4) - рецепторная: белки биомембран.

5) - сократительная и двигательная: актин и миозин.

6) - структурная: кератин, коллажем, эластин, фосфопротеины.

7) - защитная: антитела сыворотки крови.

8) - регуляторная: регуляция содержания глюкозы в крови инсулином.

2. История изучение белков. Теория строения белков Мульдера. Пептидная теория строениябелков.

В 1728 г. Беккари выделил первое вещество из пшеничной муки, названное «клейковиной». Он же показал его сходство с белком куриного яйца.

В 1820 г. Браконно открыл в продуктах гидролиза белков аминокислоту глицин.

В 1953 г. Сенгер впервые расшифровал аминокислотную последовательность белка – инсулина.

В 1958 г. Кендрью и в 1959 г. Перутц расшифровали третичную структуру белков – миоглобина и гемоглобина.

Голландский химик и врач Г. Я. Мульдер (1802-1880) предложил первую теорию строения белков. Исходя из исследований элементного состава, Мульдер пришел к выводу, что все белки содержат одну или несколько групп (радикалов), соединенных с серой или фосфором или с тем и другим вместе. Он предложил для обозначения этой группы термин «протеин» (от греч. протейон — первый), так как считал, что это вещество «без сомнения, важнейшее из всех известных тел органического царства, и без него, как кажется, не может быть жизни на нашей планете».

Немецкий химик Эмиль Фишер создал пептидную теорию строения белков, во многом подтвердившуюся практически и получившую всеобщее признание еще при его жизни

Фишер принял, как наиболее вероятную гипотезу о том, что белки построены из аминокислот, соединенных амидной связью.

Такой тип связи Фишер назвал (по аналогии с пептонами) пептидной. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Идея о полимерном характере строения белков как известно высказывалась еще Данилевским и Хертом, но они считали, что "мономеры" представляют собой очень сложные образования - пептоны или "углеазотные комплексы".

3. Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение, классификации, свойства. Понятие озаменимых и незаменимых аминокислотах.

Общая структурная особенность аминокислот - наличие амино- и карбоксильной групп, соединенных с одним и тем же а-углеродным атомом.

Классификация:

1) по химическому строению радикалов:

-алифатические

-ароматические

-гетероциклические

2) по растворимости из радикалов в воде:

-аминокислоты с неполярными радикалами

-с полярными незаряженными радикалами

-с полярными отрицательно заряженными радикалами

-с полярными положительно заряженными радикалами

3) по биологическому и физиологическому значению:

-незаменимые - не могут синтезироваться организмом из других соединений и целиком поступают с пищей (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан)

-заменимые - синтезируются в организме (аланин, глицин, серин, цистеин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, тирозин, оксипролин)

Свойства белков как высокомолекулярных соединений.

1 - Гидратация - способность белков удерживать воду с образованием гидратной оболочки.

2 - Растворимость - способность белков растворяться в воде и других растворителях

-растворимые: глобулярные белки биологических жидкостей (кровь, моча, слюна)

-нерастворимые: белки тканей и органов (белок мышцы, актин, миозин, белки кожи, кератин, коллаген.

3 - Ионизация - способность белков приобретать заряд, характеризуется изо электрические состоянием и изоэлектрической точкой.

Изоэлектрические состояние - состояние молекул белка, при котором суммарный заряд равен 0.

Изоэлектрическая точка - значение pH, при котором наблюдается ИЗС.

Главными факторами стабилизации белков в коллоидном растворе служат заряд белковой молекулы и ее гидратная оболочка.

Осаждение при кипячении.

Белки являются термолабильными соединениями и при нагревании свыше 50-60 градусов С денатурируются. Сущность тепловой денатурации заключается в разрушении гидратной оболочки, разрыве стабилизирующих белковую глобулу связей и развертывании белковой молекулы. Наиболее полное и быстрое осаждение происходит в изоэлектрической точке (когда заряд молекулы равен нулю), поскольку частицы белка при этом наименее устойчивы. Белки, обладающие кислыми свойствами, осаждаются в слабокислой среде, а белки с основными свойствами - в слабощелочной. В сильнокислых или сильнощелочных растворах денатурированный при нагревании белок в осадок не выпадает, т.к. его частицы перезаряжаются и несут в первом случае положительный, а во втором - отрицательный заряд, что повышает их устойчивость в растворе.

Рефрактометрия.

РЕФРАКТОМЕТРИЯ (от лат. refractus- преломленный и греч. metreo- измеряю), метод исследования в-в, основанный на определении показателя преломления (коэф. рефракции) и нек-рых его ф-ций (см. Рефракция молярная). Применяется для идентификации хим. соединений, количеств. и структурного анализа,определения….физ.-хим.параметров….в-в.
Показатель преломления n-отношение скоростей света в граничащих средах.

Ионнобменная хроматография.

(есть выше)

Аффинная хроматография.

(есть выше)

Гельфильтрация.

Метод разделения белков с помощью гель-фильтрационной хроматографии основан на том, что вещества, отличающиеся молекулярной массой, по-разному распределяются между неподвижно и подвижной фазами. Хроматографическая колонка заполняется гранулами пористого вещества. В структуре полисахарида образуются поперечные связи и формируются гранулы с "порами", через которые легко проходят вола и низкомолекулярные вещества. В зависимости от условий модно формировать гранулы с разной величие ой "пор".

Неподвижная фаза - жидкость внутри гранул, в которую способны пронизать низкомолекулярные вещества и белки с небольшой молекулярной массой. Смесь белков, нанесенную на хроматографическую колонку, вымывают, отпуская через колонку растворитель. Вместе с фронтом растворителя движутся и самые крупные молекулы.

Более мелкие молекулы диффундируют внутрь гранул сефадекса и на некоторое время попадают в неподвижную фазу, в результате чего их движение задерживается. Величина пор определяет размер молекул, способных проникают внутрь гранул.

Хромопротеины.

Хромопротеины (от греч. chroma – краска) состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента. Различают гемопротеины (содержат в качестве простетической группы железо), магнийпорфирины и флавопротеины (содержат производные изоаллоксазина). Хромопротеины наделены рядом уникальных биологических функций: они участвуют в таких фундаментальных процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, дыхание клеток и целостного организма, транспорт кислорода и диоксида углерода, окислительно-восстановительные реакции, свето- и цветовосприятие и др.

Хлорофилл, гемоглобин, миоглобин.