Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 230
Текст из файла (страница 230)
В 1963 г. был опубликован полный сйнтез инсулина, содержащего 51 аминокислоту в последонательности, расшифрованной ранее Сзцажером. 87.11. Белки. Классификация и функция. Декатурация Белки подразделяются на два больших класса: фибриллярные белки. нерастворимые в воде, и глобулярные белки, растворимые в воде или водных растворах кислот, оснований или солей. (Из-за большого размера моле- Подобные амиды, однако, отличаются от большинства амидов в одном отношении, которое очень существенно для синтеза пептидов.
Карбобензоксигруппу можно отщепить действием реагентов, не затрагивающих пептидной связи: каталнтическим гидрированием или гидролизом раствором бромистого водорода в уксусной кислоте. 1053 37 ~ лминокислогы и белки иул образующиеся растворы являются коллоидными.) Различие в растворимости этих двух классов соединений обусловлено различиями в форме молекул, что и агражено в первом прибпиженин в их названиях. Молекулы фибриллярных белков вытянуты в длину, нитеобразны и склонны группироваться одна подле другой с образованием волокон, "в некоторых случаях они удерживаются рядом многочисленными водородными ьюстиками. В результате этого межмалекулярные силы, которые должны быть преодолены растворителем, очень сильны. Молекулы глобулярных белков сложены в компактные клубочки, которые часто по форме приближаются к шару.
Водородные связи в этом случае являются внутримолекулярными, и площадь соприкосновения между отдельными молекулами невелика. В этом случае межмолекулярные силы относительно слабы. Характер молекулярных и межмолекулярных структур определяет не только растворимость белка, но также и общий тип выполняемых им функций, Фибриллярные белки служат основным строительным материалом животных тканей, т. е. выполняют ту функцию, которая более всего им подходит: они нерастворимы и склонны к образованию волокон. К их числу относятся следующие белки: кератин — в коже, волосах, ногтях, рогах и перьях; коллиген — в'сухожилиях; миоэин — в мускулах; фиброин — в шелке. Глобулярные белки выполняют ряд функций, связанных с поддержанием и регуляцией жизненных процессов, — функций, требующих подвижности и, следовательно, растворимости.
К их числу относятся следующнебелки: все ферменты, многие гормоны, например инсулин (из поджелудочной железы), тироглобулин (из щитовидной железы), адренокортикотропный гормон (АКТГ) (из гипафиза); антитела, ответственные за аллергические реакции и обеспечивающие защиту от чужеродных организмов; ильбумин яиц; гемоглобин, являющийся переносчиком кислорода из легких в ткани; фибриноген, который превращается в нерастворимый фибриллярный белок фибрин, что вызывает свертывание крови.
Внутри каждого из этих двух больших классов белки далее подразделяются на основании их физических свойств, особенно растворимости: например, альбумины (растворимы в воде, коагулируют при нагревании), глабулины (не растворимы в воде, растворимы в разбавленных соленых растворах) и т. д. Необратимое осаждение белков, называемое денатурацией, происходит под действием тепла, сильных кислот или оснований или различных других агентов. Коагуляция яичного белка при нагревании — пример денатурации белка яичного альбумина. Крайняя легкость денатурации многих белков очень затрудняег их изучение.
Денатурация вызывает глубокие изменения в белке и полностью уничтожает их физиологическую активность. (По-видимому, денатурация вызывает изменения ва вторичной структуре белков, разд. 37.16). Явление денатурации свойственно лишь еще одному классу соединений, нуклеиновым кислотам (разд. 37.17). Хотя палипептиды и очень близки белкам, однако они не подвергаются денатурации, вероятно, вследствие того, что их молекулы имеют меньший размер и менее сложны. 87.12. Структура белков Структуру белков можно рассматривать на нескольких уровнях. Самый низший уровень — первичная структура белков, в которой рассматривается, каким образом атомы связываются друг с другом ковалентными связями с образованием цепей молекулы белка.
Следующий уровень — вторичная структура, рассматривающая вопрос о там, каким образом эти цепи складываются в пространственные структуры типа колец, листов или компактных сфераидов, Яиикокиелагм и белки ~ 87 1054 форма которых обусловлена водородными мостиками, связывающими друг с другом различные цепи или различные участки одной и той же пепи. Постепенно выясняются и более высокие уровни структурной организации белков, такие, как переплетение свернутых цепей с образованием веревкообразных структур или сляпание нескольких индивидуальных молекул с образованием агрегатов. Рассмотрим сначала первичную структуру белков. 87.18.
Пептидная цепь Белки состоят из пептндных цепей, т. е. нз амннокислотных остатков, соединенных амидными связями. Они отличаются от полипептидов более высоким молекулярным весом (выше 10 000) и более сложной структурой. н н н х — с — с — !ч — с — с — н — с-с!! ! !! ! !! о о о Пептидная структура белков подтверждается рядом данных: гидролиз белков кислотами, основаниями или ферментами дает пептиды и, в конце концов, аминокислоты; в НК-спектрах белков имеются полосы, характерные для амндной группы; основываясь на пептндной связи, можно построить вторичные структуры, в точности отвечающие данным рентгеноструктурного анализа. 87.14.
Боковые цепи, Изоэлектрическая точка. Электрофорез К каждому третьему атому пептндной цепи присоединена боковая цепь. Ее структура зависит от того, к остатку какой кислоты она относится: — Н для глицнна, — СНе для аланнна, — СН(СНДе для валина, — СН,С,Не для феннлаланина и т. д.
н н ! ! -н-сн-с-н-сн-с-н-сн-с!! !, !! ! !! кокон" о Некоторые иэ этих боковых цепей содержат основные группы: НН, в лнзине или имидазольное кольцо в гистидине, Некоторые из боковых цепей содержат кислые группы: СООН в аспарагиновой нли в глутаминовой кислоте, Таким образом, вдоль пептндной цепи расположены положительно и отрицательно заряженные группы. Поведение молекулы белка в электрическом поле н о н о ! !! ! 3! ы — сн — с и — сн — с ! сн, (снд.
СОО- г!Нз определяется относительным числом положительных и отрицательных зарядов, которое в свою очередь зависит от кислотностн раствора. В изоэлектрической точке число положигельных и отрицательных зарядов в точности одинаково, н белок не перемещается в электрическом поле; как и для аминокислот, 87 (Лмииокиелоты и белки 1055 в этой точке растворимость белка минимальна. В более кислой, чем изоэлектрическая точка, области рН число положительных зарядов превышает число отрицательных зарядов и белок движется к катоду; в более основной, чем изоэлектрическая точка, области рН число отрицательных зарядов превышаег число положительных зарядов и белок движется к аноду.
Все белки содержат пептцдный скелет, но для каждого из них характерна своя последовательность боковых групп, которая и определяет его свойства. Если белки имеют различные соотношения числа кислых и основных боковых групп, то вследствие этого их изоэлектрические точки отличаются друг от друга. В растворе с заданной концентрацией ионов водорода некоторые белки движутся по направлению к катоду, а другие — по направлению к аноду; в зависимости от величины заряда, а также от величины и размера молекулы различные белки движутся с неодинаковой скоростью.
Подобное различие в поведении в электрическом поле лежит в основе одного из методов разделения и анализа белковых смесей — электрофореэа: Боковые группы влияют на свойства белков не только вследствие их кислых нлн основных свойств; большую роль играют также другие свойства этих групп, а также размер и форма. Например, постоянная волнистость волос зависит от изменений вдисульфидных ( — 5 — 5 — )поперечных связях из-за наличия цистеиновых боковых цепей; основное различие между шелком и шерстью обусловлено различием в небольших боковых группах (в фнброине шелка преобладают Н- и СНи-группы); прочность сухожилия связана с плоским строением пирролидинового цикла и способностью ОН-группы оксипролина к образованию водородных связей.
Замена одной глутаминовой боковой цепи в молекуле гемоглобина (всего содержится 300 боковых цепочек) на цепь. валина является, по-видимому, причиной заболевания серповидноклеточной анемией, приводящей к смертельным исходам. Изучение последовательности аминокислот в гемоглобнне используют для выяснения вопросов эволюции в ионой области науки — химической палеогенетике. Например, р-цепь гемоглобина лошади отличается от соответствующего белка человека в 26 местах (от общего числа 146), свиньи — в 10 местах, а гориллы — всего лишь в одном месте.
Подсчитано, что в среднем удачная замена аминокислоты может произойти примерно один раз за десять миллионов лет (удачной считается замена, увеличивающая шансы на выживание). (Подобная замена обеспечивается заменой в последовательности оснований в молекуле нукленновой кислоты, равд. 37.18). 87.1б. Сложные белки. Простетические группы Молекулы некоторых белков содержат также небелковые остатки, называемые простетическими группами; такие белки называются сложными белками (протеидами). Характер простетической группы теснейшим образом связан со специфической биологической ролью белка, Например, простетической группой гемоглобина являегся гемин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
