Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 18
Текст из файла (страница 18)
группы, обладающие свойством кислоты. Положительный заряд вози кает на группах, способных отнимать протон у молекул воды, т.е, на группа. обладающих достаточно высокой осиовностью. При этом для биохимически процессов имеют значения только заряды тех групп, которые в заметной степспи ионизуются или соответственно протоннруются в диапазоне значений РП 1-!2.
Значения рН вне этого диапазона, как правило, биологически нефункциональны. Ионизация или присоединение протона вне этого диапазона могут иметь значение лишь для протекания хнми <еских превращений, чаще всего связанных с деструкцией этих молекул и поэтому смертельно онасных для живых организмов.
Так, пептидная группа — йй-СП в составе биологически активной молекулы белка может быть только электронейтральной, поскольку в заметной стеиен может протонироваться лишь при отрицательных значениях фупкщ~н кнслотнос ти среды'. При этом она становится высокоэлектрофнльной и довольно легк атакуегся молекулалеи воды, что приводит к ее гндролнзу (см. 3 7.3.). Группы, ионизация нлн прозонированне которых дает определенный вклад заряд белковых молекул, приведены в табл. 3.1. Для ориентировки в табли!( приведены значения рК этих групп в составе соответствующих алшпокислот, для концевой аминогруппы и концевой карбокснльной группы — в составе динеп тида глицилглнцина. Эти величины для аминокислот в.составе белковых молеку могут существенно варьироваться в завнсилюстп от того, в каком окружении они находятся, т.е.
в зависимости от первичной н пространственной структуры белка. Как правило, эти вариации лелеат в пределах одной единицы логарнфмнчет;ой шкалы в ту и другую сторону, однако в некоторых снецнальшах случаях значения рЛ' соответствующего радикала люгут отличаться от нриведсчшого в табль на несколько единиц. В ссютветствни с основным уравнением кислотно-основно равновесия — уравнением Гендерсона рй = РК + 18(ав/аш!') или рН = РК + 18(ал /анл), где  — основание; НА — кислота; а; — соответствующие актквностн; в равно сии резко преобладает кислая форма, если рП среды на единицу н более ни значения рК, и основная форма, если рН среды на единицу и более превышает значение. При значениях РН, близких к значению РК соответствующей группы равновесии в соизмеримых коли юствах присутствуют обе формы.
В соответствии со сказанным нрн нейтрщн,ном РП носителями от!энцвтельно заряда белковой молекулы являются карбокснльные группы аскартата н глутам та, а также С-концевая карбокснльная группа, которая екнхет принадлежа любой аминокислоте. Аналогично, носнтелямн поло;киюльного заряда в не тральной среде в первую очередь являются остатки лнзнка и аргнннна, амн группа к-концевой аминокислоты и в некоторой стептш остатки гистнднна. Бел ки, у которых число карбоксильных групп существенно превышает число остатков аргинина и лизина в нейтральной среде, имеют отрицательный заряд и относятся к числу кислых белхае.
Наоборот, белки, у которых остатки лизина и аргн- 'Функция кислотностн среды является эквивалентом величины рП для достаточ концентрированных растворов кислот, в которых концентрация ионов водорода перестаф Т а б л и ц а 3.1. Иониэируемые и протонируемые группы в бшвсах и значения рК этих групп в составе соответствующих амииокисаот и пептидов рК Кислая и основная формы группы Аминокислота илн пептив м-СООН -СОО Глнцилглицин Аснартат Глутамат Цистеин 3,! 3,9 4,25 8,3 р — СООН м:к — СОО 7-СООН -СОО -8Н вЂ” 5 Тнрозин 10,1 ОН е О Гистидин 6,0 + -МН, = -МН, Глицнлглицнн 8,1 + е-Мнэ ~ е-Мн Лизин 10,5 МН С «Мне век МН С Мн» ПГ+ ' МН МН !2,5 Аргннин Здесь и далее речь идет о рК = -!ПКа, где Ла — константа ионизации, кислоты в сопряженной паре НА/А нлн ВН'/В.
нина преобладают по сравнению с остатками аспартата и глутвмата, в нейтральной среде заряжены поло кительно и называется освоены.пн белка.аи. При изменении рП среды заряд белковой молекулы уменьшаегся, переходя от положительных значений нри достаточно низких значениях РП к отрицателыеым при достаточно высоких РН. Естественно, что этот переход является нлавным и существует значение рН, при котором средний заряд молекулы белка равен нулю.
Зто значение называют иэоэлехтричсской томкой белка (р1). Очевидно, что кислые белки характеризуются значениями нзоэлектрпческой точкк ниже 7, а основные — выше 7 (табл. 3.2). Т а б л н ц а 3.2. Значения р( некоторых бшвюв р? Белок р) Белок Цнтохром с Рибонунлеаза Миоглобнн Гемоглобин: !0,6 7,8 7,0 лошади 6,02 7.07 6.4-7,2 человека 7-Глобулин Колею'ек Карбоксннентилаза !йаталаза Инсулин Ролопснн Вепсин 6,6-6,8 6.0 5,6 5,35 4,47-4.57 1,0 ОН ОН и >- е~«пс»иаэмн я >- матипы>ено>ю Гетероцикл Доноры щютоиов Доноры пеподелекных пар электронов Гетероцн кл Доноры неподе>эе>энь>х пар электронов Доноры протонов Т а 6 л и ц а 3.3. Значения рХ пуклеозидоа Урндип и тииидик Цитиднн 3(б)-П й(1), й(З), й(7) й(2) — П, ('(б) = 0, Н(3), й(1) — П й(7) С(2) = О, С(4) = О С(2) = О, Х(3) э>(3) — П Х(4)-П Лдспоэпп Гуапоэпп Нуклеозид Ионизироваяный или прото- яированпый атом Н М(3)-Н Н(3)- й(3)-Н = Н(3)- п(1) Н Х(1) Н(3) = Х(3)-Н.
П(1) = Х(1)-Н. П(7) Х(7)-Н' Тимидин Уридин Гуаиозин Цитидин Аленоэин Гуаноэин 9,68 9,25 9,22 4,2 З,б 2,20 Нуклеиновые кислоты являются полианионами, поскольку значения р>7 межну клеотидных диэфирных фосфатов лежат в пределах 2-3. Гетероциклы при нейтральных рН не несут электрического заряда, и, по-видимому, заряженные формы этих гетероциклов биологической роли не играют. Исключение составляют некоторые минорные нуклеотиды, например !>7-метилгуанозин или П1-метиладенозин которые могут входить в состав рнбонуклеиновых кислот: При отклонении рН на несколько единиц от нейтрального значения происходя ионизация групп Х вЂ” Н в слабощелочной среде и протопирование атомов азота пиридинового типа в кислой среде. В табл. 3.3.
приведены значения рХ для ва>хнейших нуклеозидов, Однако надо иметь в виду, что в составе нуклеиновых кислот зти значения могут заметно отличаться от рХ для свободных нуклеозидов. Следует подчеркнуть, что наиболее основными и нуклеофильными центрами в гетероциклах, как это следует из спектральных характеристик ионизованпых форм этих гетероциклов и из квантово-химических расчетов, являются именно атомы азота пиридинового типа в составе цикла, а не экзоциклические амипогруппы, неподеленная пара электронов которых сопряжена с системой двойных связей кольца и групп С=4).
В биологически значимом диапазоне рП уридин и тимидин не присоединяют протонов и не являются основаниями. В связи с этим широко используемый для гетероциклов, входящих в состав нуклеиновых кислот, собирательный термин 4основапээяз, строго говоря, является некорректным. Полимерными носителями электрических зарядов являются также мукопсцшсахариды. Кроме того, носителями зарядов являются многочисленные низкомол кулярные участники обмена веществ. Например, обмен мопосахаридов — их обр зование при фотосинтезе, их деструкцил, в том числе окислительная, — проходи яа уровне соответствук>щпх эфиров фосфорной кислоты.
Так, деструкция глюкозы начинается в форме глюкозе-б-фосфата, причем остаток фосфорной кислоты сохраняется на всех промежуточных стадиях процесса до момента образования пирувата (соли пировиноградной кислоты) СП>СОСОО, который в нейтральной среде несет отрицательный заряд (см.
3 8.2). Это харакгерно и для большого числа других систем биохимических процессов, рассматриваемых в данном курсе. Атомы М и О, склонные к образовашпо водородных связей, относятся вмес ге с атомами С и Н к числу важнейших бпогенных элементов, а образование водородных связей играет исключительно важную роль в общем балансе нековалентпых взаимодействий в биохимических системах. Особое значение водородные связи имеют в связи с тем, что все биохимические процессы, за исключением протекающих внутри фосфолипидных бпслоев, проходят в воде, которая является одновременно и донором протонов и донором пеподелеппых пар электронов.
Поэтому группы, способные участвовать в образовании водородных связей, могут взаимодействовать с молекулами воды. Такие группы получилн название эид)>офильиыг >руан. К гидрофильным группам следует также отнести заряженные фрагменты молекул, взаимодействующие с водой по ион-диполыюму механизму с образованием прочных гидратных оболочек. В белках гидрофильнымп фрагл>е>э»>мп являются прежде всего остатки аспартата, глутамата, аргинипа и лизина как в заряженной, так и в электронейтр>льной формах.
Гидрофильной является пептндиая группа — ХП вЂ” СО-, у которой амидный фрагмент может выступать как донор протона, а карбонпльпая группа— как донор электронной пиры По этой же прпч>ше г>эдрофэьльпы остатки аспарагина и глутамина, содержащие фрагмент — СП вЂ” УП .
Гпдрофпльпыми являются гидроксигруппы остатков серяка, треопппа и гпроэг>па и пмпдаэолыюе кольцо гистидина. Значительно менее гпдрофэшеп боковой радикал цистеипа, так как способность к образованию водородной связи у грушэы НП супкствепио ниже, чем у ОН. Т а б л и ц а 3.4. Гндрофильпые фра>ыспты азетсодсржасцих гатероцнююв главных кемпа>эеэнов пу>нюиновых кислот Вуклеотидные остатки нуклеиновых кислот б)чоэа>п.по эшсыщепы участками, ~пособными к образованию водородных связей. Это и остатки фосфорной кпслоть>, и атом 0 фурапозпого э>ээ>юа, и 2'-ОО-групшы рпбозы в составе РЦК.
!!апбольшее значение для пространственной организации молекул нуклеиновых кислот и их межмолекулярпых взаимодействий имеют гпдрофильные фрагменты гегероцээклов. Эти фрагменты сведены в табл. 3.4. Важной чертой всех приведен- ных в этой таблице орбпталей неподеленных пар электронов и полярных Н вЂ” Н групп является то, что вс:е они находятся в плоскости гегероцикла и поэтом способствуют взаимодействию между гетероцнклами, находящимися в предел одной плоскости.
Среди многочисленных типов взаимодействий между разным комбинациями гетероциклов особенно важное значение для функционировани нуклеиновых кислот имеют взаимодействия между расположенными в одно плоскости парами адеиин-тимии (или урацил) и гуанин-цитозин (рис. 9). Под робнее этот вопрос рассматривается в 3 3А и 3.5, Н н»~...~~ и — си ° ""О с СН с и"" н! — м ! исака 1иаы» с> ! ис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
