Белки и пептиды
ГЛАВА 6
Белки и пептиды
Белки – это органические соединения (биополимеры), которые состоят из остатков α-аминокислот, связанных пептидными связями (CO–NH).
В качестве основных химических элементов белки содержат углерод, водород, кислород, азот и серу. Белки более сложного состава – протеиды – содержат фосфор (липопротеиды, нуклеопротеиды, фосфопротеиды) и железо (гемоглобин). Белки являются основой всего живого, они входят в состав клеток и тканей живых организмов, являются составной частью пищи человека и играют главную роль в реализации генетической информации и катализе почти всех химических реакций, идущих в живых организмах; на долю белков приходится большая часть массы живых организмов.
Различают простые белки, молекулы которых построены только из остатков аминокислот, и сложные, представляющие собой биологически активные комплексы белков с небелковыми веществами (протеиды).
В белках аминокислоты соединены между собой пептидными связями (СО–NH), образование которых происходит в результате взаимодействия карбоксила одной аминокислоты с аминогруппой другой. Например:
глицин аланин
Рекомендуемые материалы
 |
+ Н2О
глицилаланин (дипептид)
У образовавшегося дипептида на концах молекулы находятся те же функциональные группы, что и в каждой аминокислоте, и поэтому дипептид может одним из его концов вступать в реакцию с третьей аминокислотой:
 |
+
 |
+ Н2О
глицилаланилцистеин (трипептид)
Структура макромолекул белков показана на рис. 6.1, а в табл. 6.1 приведены характеристика свойств, способы получения и области применения белков.
|
Рис. 6.1. Структура белков
Первичная структура молекулы белка представлена соединением аминокислотных звеньев в определенной последовательности; R1, R2, R3, R4 – аминокислотные остатки.
Вторичная (спиралевидная) структура молекулы белка характеризуется образо-
 |
ванием спирали за счет водородных связей (полипептидная цепь со спиральной структурой).
Третичная структура возникает в процессе укладки в пространстве вторичной структуры и поддерживается взаимодействием между функциональными группами радикалов полипептидной цепи. Например, за счет образования дисульфидных мостиков (I), сложноэфирных мостиков (II) и солевых мостиков, возникающих при сближении карбоксильной и аминогруппы (III):
| –SH + SH– |
| –S–S– |
дисульфидный мостик
(I)
| + НО– | 
| |
сложноэфирный мостик
(II)
|
| + Н2N–| | |
солевой мостик
(III)
Белки играют особо важную роль в живом организме. В отличие от жиров и углеводов, которые служат главным образом поставщиками энергии живым организмам, белки можно рассматривать как строительный материал самого организма. В человеческом организме содержится несколько десятков тысяч различных белков, синтезируемых из соответствующих аминокислот.
Таблица 6.1
Свойства, способы получения и области применения белков
| Физические свойства и нахождение в природе | Химические свойства | Способы получения и области применения |
| По агрегатному состоянию различают жидкие (студнеобразные белки), растворимые в воде, и твердые белки, нерастворимые в воде. Структурно различают фибриллярные белки (длинные нитевидные молекулы), нерастворимые в воде, и глобулярные (компактные структуры сферической формы), растворимые в воде. При растворении белков в воде образуется молекулярно-дисперсная система (раствор высокомолекулярного вещества). Белки содержатся в мясе, молоке, в зерновых и бобовых культурах, в рыбе и других продуктах моря | По составу белки делятся на две группы: 1) простые белки (протеины), распадающиеся при гидролизе на аминокислоты, 2) сложные белки (протеиды), образующие при гидролизе аминокислоты и вещества небелковой природы. 1. Реакции гидролиза белков при нагревании со щелочами или кислотами:
Такие реакции идут и под действием ферментов. 2. Качественные реакции на белки: а) Биуретовая реакция: белок (ярко-фиолетовое окрашивание)
(желтое окрашивание) Это цветная реакция на концевые ароматические группы аминокислотных остатков тирозина (приведенный пример) и триптофана. в) Цистиновая реакция – образование черного осадка PbS при кипячении белка, содержащего серу, со щелочью и ацетатом свинца. г) Миллонова реакция – образование красного осадка при кипячении белка с раствором нитрата ртути(II), содержащим азотистую кислоту. 3. Денатурация белков – дезориентация конфигурации белковой молекулы (α-спираль превращается в разупорядоченную белковую цепь при воздействии сильных кислот и щелочей, нагревании, действии радиации, сильном встряхивании и т. п.) | 1. Микробиологический синтез белков – культивирование дрожжей на продуктах гидролиза целлюлозы или углеводородах нефти. 2. Принципиальная возможность химического синтеза белков показана на примере таких белков, как рибонуклеаза и инсулин. Белки – основа кожи, шерсти, шелка и других натуральных материалов; они являются важнейшими компонентами пищи человека и корма животных. В организме человека белки могут выполнять каталитическую (ферменты), регуляторную (гормоны), строительную (структурообразующие белки), двигательную (сократительные белки), транспортную (транспортные белки), защитную (антитела), энергетическую (белки, участвующие в энергетическом обмене) функции. Суточная потребность взрослого человека в белках – 70-80 г. Ресурсы пищевого и кормового белка можно увеличить путем добавления в них лизина, метионина и др. |
комплексное соединение
б) Ксантопротеиновая реакция:16 Диоксины - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Наличие в белках разнообразных функциональных групп не позволяет отнести их к какому-либо одному из известных классов органических соединений. По этой причине в белках объединяются признаки разных классов, определяющие в своем сочетании особое новое качество белков, позволяющее считать их высшей формой развития органических веществ.
Пептиды, как и белки, являются соединениями, построенными из остатков α-аминокислот. Обычно условно принято считать, что пептиды имеют в своем составе до 100 мономерных единиц, а белки – более 100.
Непосредственно сами полипептиды делят на олигопептиды, содержащие в своем составе до 10 структурных единиц, и полипептиды – до 100 единиц. Если же число фрагментарных структурных единиц, превышает 100, то понятия "белки" и "пептиды" считаются синонимами.
Строение полиамидной цепи для белков и полипептидов одинаково: цепь имеет линейное строение и состоит из остатков аминокислот (–NH–CHR–СО–), связанных амидными (пептидными) связями:
Таким образом, в структуре белковой цепи можно выделить чередующиеся пептидные группы –СО–NH– и группы –СHR–.
