К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Пептиды, состоящие из аминокислот одного типа, часто оказываются чрезвычайно малорастворимыми вследствие сильных внутримолекулярных взаи-, модействий. Если однородность цепи нарушается в результате, включения в нее других аминокислот, то можно ожидать, что внутримолекулярные взаимодействия будут ослаблены. Установлено, что белки могут иметь весьма различные раз-, меры и форму.
Определение молекулярной массы и размеров молекул белка выполняется с применением мощного арсенала физических методов исследований. Молекулярные массы можно определить с помощью измерения скоростей диффузии, скоростей седиментации в ультрацентрифуге, рассеяния света, и даже путем измерения размеров индивидуальных больших по размеру молекул белка методом электронной микроскопии.: Сведения о форме молекул получают непосредственно с по-.
мощью электронной микроскопии и ренттеноструктурного анализа комплексов белков с тяжелыми металлами. Применение этих методов часто встречает трудности вследствие высокой степени гидратации белков, а также способности многих белков вступать в обратимые реакции ассоциации, образуя димеры, тримеры и т. д. Молекулярные массы, молекулярные параметры и изоэлектричсскис точки ряда важных белков приведены в табл. 37. Многие белки содержат такие металлы, как железо, цинк и медь.
Атомы этих металлов принимают непосредственное участие в выполнении биологических функций тех молекул, в состав которых они входят. Примером могут служить известные свойства гемоглобина как переносчика кислорода в тканях, обусловленные наличием иона Рез+. Многие белки могут существовать в виде хорошо образованных кристаллов, что в принципе делает возможным установление их строения методом рентгеноструктурного анализа. Возникающие при этом проблемы весьма нелегки, поскольку даже в маленькой молекуле белка, например инсулина, надо установить положение 700 атомов (не считая Моле- кулярная масса ИзоФормула электримолекулы ческая точка Функция Источник Белок Поджелу- дочная же- леза То же 6000 Инсулин Ассоци- аты в растворе 13 000 7,8 Рибонук- леаза 10,7 Яичный белок 14 000 Вытя- нутый эллип- соид Лизоцим 26 000 Поджелу- дочная железа а-Химо- трипсин Ассоциа- ты в рас- творе 8,8 21 000 66 700 Латекс плодов папайи Красные кровяные тельца Печень и почки Плазма крови Папани Гемогло- бин Близка к сфери- ческой Кубиче- ская Удли- ненная Разрушает НзОз Свертывание крови 250 000 330 000 Катал аза 6,8 Фиброге- нин Т а б л и ц а 37.
Некоторые типичные белки Регулирование содержания сахара в крови Гидролнз рибо- нуклеиновых кислот Разрушает стен- ки клеток бак- терий„гидроли- зуя 5-1,4-глико- зид-гликозные связи Гидролиз слож- ноэфирных и пептидных свя- зей Гидролиз пеп- тндных связей Перенос кисло- рода в тканях 510 511 атомов водорода). Рентгсноструктурное исследование, оказавшееся чрезвычайно ценным источником сведеяий о структуре балков, приводит ко все большим успехам в установлении деталей их структуры.
Например, на ранних стадиях исследования структуры железосодержащего белка миоглобина достигнутое разрешение составляло О,б нм, что нс позволяло увидеть индивидуальные атомы, но указывало на скрученную форму пептидных цепей, обвивающих матрицу, состоящую нз молекул воды (т. е. давало возможность установить третичную структуру). Увеличение разрешения до 0,2 нм позволило установить положение большинства индивидуальных аминокислот, основываясь на форме содержащихся в них заместителей (пзрвичная н вторичная структура). Биологические функции белков исключительно разнообразны. Некоторые из них обладают свойствами гормонов, регулирующих различные процессы обмена веществ (например, инсулин поддерживает уровень сахара в крови); другие белки действуют как катализаторы (ферменты) биологических процессов, и, наконец, ряд белков является биологическим строительным материалом (например, коллаген соединительных тканей и кератин волос). Выше уже были упомянуты свойства гемоглобина млекопитающих кзк переносчика кислорода.
Функция некоторых белков крови заключается в обрасэвании антител, обусловливающих сопротивляемость к заболеваниям, а так называемые нуклеопротеиды входят в качестве важной составной части в гены, которые несут наследственную информацию и передают ее в процессе деления клетки. Вирусы, например вирус табачной мозаики, состоят из нуклеопротеидов, заключенных в белковую оболочку. Структура многих вирусов настолько регулярна, что они могут быть получены в виде хорошо образованных кристаллов. 10. Искусственная пища Для нормального функционирования животный организм, в том числе и организм человека, должен ежедневно, кроме воды и неорганических солей, получать с пищей белки, углеводы, жиры и в незначительных количествах другие органические вещества.
Анализ данных по производству, потреблению и составу продуктов питания показывает, что более половины мирового населения питается неудовлетворительно. В первую очередь это связано с недостатком белков, особенно животного происхождения.
Для удовлетворения минимальной потребности человечества в белках их производство необходимо увеличить на 30% . 512 Возможности решения проблемы белкового питания традиционными методами ограничены рядом причин. Для традиционной сельскохозяйственной технологии характерен низкий выход, потери белков и других пищевых веществ на разных стадиях и ряд других недостатков, которые принципиально ограничивают эффективность производства и качество продукции.
В то же время имеются значительные потенциальные ресурсы пищевого белка, используемого крайне нерационально или совершенно не используемого для питания. Это прежде всего относится к белкам дрожжей и других одноклеточных, белкам семян масличных и зерновых культур, обрата молока, малоценных пород рыбы, других морепродуктов и т. п. Основная причина, затрудняющая широкое применение этих белков для питания, состоит в их низкой привлекательности для потребителя.
Белки обычно бесцветны, лишены запаха и вкуса. Поэтому практически невозможно включить изолированные белки в рацион питания человека. Возможности использования белков в качестве добавок к традиционным пищевым продуктам также ограничены, так как значительные количества добавок обычно искажают уникальную структуру и изменяют комплекс свойств обогащаемого продукта, ухудшая его вкусовые и потребительские качества. Таким образом, масштабы потребления пищевых белков, а следовательно, масштабы их производства и реальные ресурсы определяются возможностью получения на основе этих белков вкусной и недорогой пищи. В последние годы все большее значение приобретает качественно новое направление в производстве пищи. Оно заключается в переработке белков различного происхождения в искусственные продукты питания. Производство таких продуктов осуществляется практически индустриальными методами, что позволяет использовать для питания огромные ресурсы белка с минимальными его потерями, дает стандартную продукцию.
При атом желательно, чтобы по составу они отвечали требованиям сбалансированного питания и превосходили в этом отношении большинство традиционных продуктов, особенно растительных. Ясли же говорить об искусственной пище неприродного происхождения, то ее синтез обязательно должен включать в себя синтез Е;а-аминокислот. Физиологическими опытами по питанию высших животных искусственными смесями аминокислот было выяснено, что не все аминокислоты должны обязательно поступать с пищей.
Некоторые ами- 17 гр»»»з»р» «Орг»»и»»»»»»»н»»»» нокислоты могут синтезироваться в организме животных из кетокислот взаимодействием последних с аммиаком или другими аминокислотами (такие кислоты называются залениныни). Другие не синтезируются животными организмами и должны доставляться с пищей — незаменимые аминокислоты. В связи с этим все аминокислоты, входящие в состав природных белков, разделяются на две группы: заменимые и незаменимые аминокислоты1.
Заменимые емияокяслоты Неззмевнмые аминокислоты 1. Глицин 2. Аленин 3. Глутзминовзя кислота 4. Аспарзгиновзл кислота 5. Серии 6. Цистин 7. Тирозин 8. Пролин 9. Оксипролин 10. Цистеин 11. Аргинин 1. Валин 2. Лейцин 3. Изолейцин 4. Треонин 5. Метнонин 6. Фенилзланин 7. Триптофан 8. Лизин 9. Гистидин Полноценная белковая пища должна обязательно содержать все незаменимые аминокислоты. Отсутствие их в пище приводит к заболеванию и гибели ясивотного.
Искусственный синтез белковых пищевых продуктов должен включать следующие этапы: 1) многотоннажный дешевый метод синтеза, по крайней мере, незаменимых а-аминокислот; 2) выделение антиподов Ь-ряда из синтетической рацемической смеси (или стереонаправленный синтез)з; 3) структуризация пищи (желе, икра и т. д.) и придание ей привычного цвета и запаха. При сравнении различных путей индустриального получения пищевых веществ все же наиболее перспективным представляется биотехнологический синтез. И у нас, и за рубежом были начиная с 60-х годов ХХ столетия развернуты комплексные работы по выращиванию дрожжей на углеводородах неф- ти.
Получаемая биомасса содержит около 40% полноценного по аминокислотному составу белка, а также жиры и витамины. Проведены опыты по использованию этих дрожжевых белков непосредственно в питании животных. Естественно, что для этого полезные составные части должны быть выделены, очищены от ядовитых ингредиентов или имеющих сомнительную питательную ценность и превращены в пищевые формы, обладающие запахом и вкусом. В настоящее время эти работы (на нефтяном сырье) свертываются в связи с потенциальной опасностью действия этих смесей как канцерогенов и экологической опасностью производств. з В зависимости от вида высших животных зто деление аминокислот может иметь и несколько другой вид. Ряд авторов предлагают выделять и частично земеннмые аминокислоты, но зто не всегда достаточно обосновано.
з При использовании аминокислот в качестве кормовых добавок для сельскохозяйственных животных можко исцользовать и рацемнческие смеси. „„„„23 Ге теро циклические соединения свойствам похожи на соответствующие ациклические соедине- ния: СНг СНг ! сн, сн, днатиловый афир диатилаиин Н,С вЂ” СНг н н,с сн, г' татрагидрофуран сн, сн, ! СНг СНг Х ! н нс — сн г! г н,с сн, Х ! н ииррол иди н 1. Классификация гетероциклов Согласно общей схеме классификации органических соединений, к классу гетероциклов относятся вещества, содержащие циклические группировки атомов, включающие в цикл кроме атомов углерода и другие (гетеро-) атомы'. Наиболее важное значение имеют гетероциклы, содержащие атомы Х, О и Я.
Они называются соответственно азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклы. Легкость образования циклов именно с этими гетероатомами объясняется тем, что валентные углы между связями у этих атомов мало отличаются от вэлентных углов атома углерода в состоянии гибридизации зрз (- 109') и зрг (120'). В связи с этим включение гетероатомов Х, О и Я вместо групп — СН— или — СН= в циклическую группировку мало сказывается на напряжении цикла и не очень сильно изменяет общую геометрию молекулы. Легкость включения именно этих атомов в циклические группировки объясняется также и их сравнительно небольшими атомными объемами, близкими к объему группы СНг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
