АК – это производные карбоновых кислот, где атом водорода в альфа положении замещен на амино группу.

Позже было установлено, что в состав всех АК входят L α АК.

Общая формула НАРИСОВАТЬ!!!

Аминокислоты, входящие в состав белков и пептидов (протеиногенные) имеют общее строение: 1) аминогруппа находится в α-положении относительно карбоксильной группы; 2) все протеиногенные аминокислоты являются стерео- изомерами L-ряда.

Про альфа атом углерода понятно! Откуда берется L.

Только одна АК не обладает оптической активностью – глицин. Т.к. в роли радикала выступает атом Н. И исчезает ассиметрия α-углеродного атома. Тогда про такую кислоту нельзя сказать L или D ряда.

Все остальные имеют ассиметричный атом углерода и проявляют оптическую изомерию.

Все АК, входящие в состав белков – L ряда.

Так что такое белки! Это линейные гетерополимеры, состоящие из 20 L α АК.

Вы должны знать формулы 20 АК и их сокращения.

Дать классификацию АК.

Масса белков может быть от 6 тыс до 6 млн дальтон.

Если это полимеры, то чем связаны эти АК. Пептидными связями!

НАРИСОВАТЬ ПРИМЕР! ПОКАЗАТЬ СВЯЗЬ!

Т.к. АК 20, то можно оценить разнообразие белков. Число комбинаций больше, чем число атомов во вселенной. Цифра астрономическая.

Белок принято описывать по различию конца!

В полипептидной цепи выделяют N-конец и С-конец. Система синтеза белка на рибосоме постороена таким образом, что первая АК освобождается именно N-концом. Т.е. синтез белка идет от N-конца к С-концу.

Чтобы понять химические свойства белков, надо понять какие группы будут определять эти свойства!

Надо знать химические свойства N-конца и С-конца, химию пептидной связи и учитывать радикалы, входящие в стороение АК.

Ясно, что полимеры никогда не бывают так растянуты и в аккуратном порядке, как нарисовано на доске!

Они будут взаимодействовать с окружающей средой. В большинстве случаев это вода. И поэтому сейчас нам необходимо понять химические свойства отдельных радикалов в водных растворах.

Попрошу вас вспомнить свойства воды!

Вода – жидкость, она структуирована, имеет систему водородных связей и при различной температуре представляет собой как бы сумму нескольких вод: свободнаые молекулы воды и кластеры воды ( образуются пространственные структуры с водородными связями).

Вода полярна!!! Если вспомнить, то диссоциация воды выглядит следующим образом:

При этом ОН- обрастает другими молекулами воды.

Поэтому всякое соединение, которое попадает в воду, можно разделить на классы:

1. Гидрофильные вещества – охотно взаимодействуют с водой и обрастают полярными молекулами воды.

2. Гидрофобные вещества – не любят взаимодействия с водой. Они нерастворимы в воде.

Кроме того, гидрофильные соединения делятся на 2 класса:

1. Несут электрический заряд

2. Нет заряда, но они полярны за счет гидроксильной группы.

В связи с этим все АК делят на: ПРИВЕСТИ КЛАССИФИКАЦИЮ.

Сейчас составим табличку ( тетрадь)!!!!

Гидрофобные алифатические: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин, пролин, фен, три.

Представим структуру белка, построенную только из этих АК!!!

1)

Не хотят остатки взаимодействовать с водой! Полимер будет стараться уменьшить поверхность взаимодействия гидрофобных участков с полярной молекулой воды и радикалы будут образовывать кучку! Это гидрофобная область! НАРИСОВАТЬ!

При этом белок будет плохо растворим, если состоит только из этих аминокислот.

С точки зрения простой химии подобные радикалы неинтересны, так как они химические инертные устойчивые структуры.

Но с точки зрения химии белка – это очень важное свойство, так как гидрофобные АК обеспечивают образование гидрофобных областей в молекуле белка.

При увеличении температуры, уменьшается взаимодействие в гидрофобной области и меньше стабильность молекулы белка.

Гидрофобные ароматические: фениаланин, триптофан.

По химическим свойства тоже самое можно сказать, что и говорили.

2 дополнительных обстоятельства:

1. Склонны к образованию наложенных друг на друга лепестков, за счет взаимодействия ПИ и ПИ электронов ( в ароматике!!!). Образуются пластинки между триптофаном и фенилаланином.

2. Если первая группа – это бесцветные вещества, то с появлением ароматики говорит о том, что белки, содержащие эти АК, поглощают свет в частности УФ.

Гидрофильные, отрицательные: аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

Их еще относят к моноаминодикарбоновым кислотам. Группа –СООН имеет отрицательный заряд!

2)

Эти области будут сильно гидротированы. Минусы будут на поверхности белка. Они определяют взаимодействия молекулы белка с растворителем.

Эти группы обеспечивают заряд всей белковой молекулы. Большинство белков – анионы при рН 7.

Чаще всего –СООН группа связывается с ионами металлов ( Са, магний, цинк, железо), образую прочные комплексы.

Гидрофильные, положительные: лизин, аргинин, гистидин.

Гистидин образует комплексы с металлами. Участвует в посттрансляционной модификации.

3)

Гидрофильные, нейтральные: серин, треонин, цистеин, аспарагин, глутамин, тирозин.

Эти АК обеспечивают гидрофильную область белка.

Глутамин, тирозин, аспарагин образуют комплексы с Ме.

Образуют водородные связи – типичное свойство группы.

Тут надо напомнить, что молекула воды полярны. На кислороде будет отрицательный заряд, на водороде +.

4)

Молекулы водой взаимодействую между собой так, что кислород образует водородную связь. Эта связь слабая!

Но если мы говорим о полимерах и АК образуют водородные связи, то надо учитывать, что таких связей много. Это внутримолекулярные взаимодействия между аспарагином и глутамином ( это доноры для водородных связей!!!!

А карбонильная группа – акцептор для водородных связей!

Это все внутримолекулярные взаимодействия, но о них мы поговорим на другой лекции.

Перейдем к белкам!!!!

Мы уже сказала, это биополимеры, состоящие из 20 альфа, L АК.

Терминология:

Если мы говорим ПЕПТИД или ОЛИГОПЕПТИД, то это до 10-50 АК.

Полипептид, белок- более 50 АК.

Белок минимальный ( инсулин)- 51АК.

Средний белок: 200-500 АК.

Со структурой белковой молекулы вы сталкивались еще в школе и на 1 курсе ( биология).

Давайте вспомним:

Первичная структура:

Это полипептидная цепь из 20 АК, связанных пептидной связью.

Нарисовать!!!

Вторичная структура:

Формируется за счет водородных связей между С-конца и N-конца АК.

Нарисовать!!!

2 вида вторичной структуры:

1. Правая альфа-спираль.

2. Бетта-складчатая структура.

Некоторые белки отличаются преобладанием альфа спирали ( глобины, инсулин), бетта складчатый ( трипсин, химотрипсин).

Третичная структура:

Глобулярные ( альбумины, глобулины, многие ферменты) и фибриллярные белки (миозин, коллаген, эластин, кератин).

Третичную структуры образуют следующие связи: водородные, ионные, ковалентные дисульфидные, гидрофобные нековалентные.

Четвертичная структура:

Совокупность третичных структур в строго фиксированном пространственном расположении.

Кроме того, вы может слышали о таком термине, как белки-ШАПЕРОНЫ?

Это белки цитозоля, помогающие восстановить правильность третичной структуры. А процесс сворачивания белковой молекулы в глобулу-фолдинг.

Есть еще понятие супервторичные структуры.

«Лейциновая застежка-молния» и «Цинковый палец».

Доменами называют области в третичной структуре белка с определенной структурной автономией. Домены составляют подуровень структурной организации белка на пути от вторичной к третичной структуре, и свертывание достаточно крупных белковых глобул при биосинтезе белка проходит, вероятно, через стадию формирования доменов. Как правило, домены могут независимо от других частей белковой молекулы поддерживать и даже формировать пространственную структуру. Удается выделить домены с помощью ограниченного протеолиза.

В отличие от органической химии белков для биохимии существуют две проблемы, связанные с белками:

1. Специфичность белков

2. Механизм работы белков.

Первый вопрос: Специфичность белков определяется их первичной структурой! И эта специфичность очень высокая. ПОЧЕМУ?

Существует 20 кодируемых АК. Количество АК в молекуле белка и их множественные комбинации – вот две причины разнообразия и специфичности белков.

Вот 2 примера:

А. Нормальный гемоглобин здорового человека и его нормальные овальные эритроциты HbA.

Б. HbS в серповидных эритроцитах. Наследственное заболевание. Симптомы: гипоксия и отсюда все. Причины болезни: мутация типа замены нуклеотидов в гене бетта-глобина и последующее изменение в первичной структуре бетта-глобина.

Вывод: роль первичной структуры белка в формировании высоких структур белка и функций белка.

ВТОРОЙ пример:

Инсулин! Это белок из 51АК. Синтез в поджелужочной железы. Мы используем инсулин человека и животных как лекарство для лечения сахарного диабета 1 типа. Инсулин состоит из 2-х ППЦ, связанных дисульфидными связями.

Первичная структура инсулина человека и животных различается. Поэтому терапевтическая эффективность применения человеческого инсулина максимальная.

Вывод: замещение даже одной АК в первичной структуре белков изменяет их специфичность и биологическую активность.

Азотистый баланс

На долю аминокислот (в составе белков и свободных) приходится более 95 % всего азота организма. Поэтому об общем состоянии аминокислотного и белкового обмена можно судить по азотистому балансу, т. е. разнице между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота (главным образом в составе мочевины).

У взрослого здорового человека при нормальном питании имеет место азотистое равновесие, т. е. количество выделяемого азота равно количеству поступающего. В период роста организма, а также при выздоровлении после истощающих заболеваний выводится азота меньше, чем поступает, — положительный азотистый баланс. При старении, голодании и в течение истощающих заболеваний азота выводится больше, чем поступает, — отрицательный азотистый баланс.

При положительном азотистом балансе часть аминокислот пищи задерживается в организме, включаясь в состав белков и клеточных структур; общая масса белков в организме увеличивается. Наоборот, при отрицательном азотистом балансе общая масса белков уменьшается (катаболическое состояние).

Если из диеты исключить все белки, но полностью сохранить другие компоненты в количествах, обеспечивающих энергетические потребности организма, то азотистый баланс становится отрицательным. Примерно через неделю пребывания на такой диете количество выводимого азота стабилизируется, достигая величины около 4 г за сутки. Такое количество азота соответствует 25 г белка (или аминокислот). Следовательно, при белковом голодании организм ежесуточно расходует около 25 г белков собственных тканей. Практически такой же результат получается при исключении из диеты не всех белков, а только незаменимых аминокислот или даже только одной из них.

При полном голодании отрицательный азотистый баланс еще больше, чем при исключении из пищи только белков. Это обусловлено тем, что аминокислоты, образующиеся при распаде тканевых белков, при полном голодании используются также и для обеспечения энергетических потребностей организма.

В рационе, достаточном по калорийности, минимальное количество белков, необходимое для поддержания азотистого равновесия, составляет 30-50 г. Однако это количество не обеспечивает оптимума для здоровья и работоспособности.