72520

Альфа-Аминокислоты. Пептиды. Белки

Лекция

Химия и фармакология

Белки это - важнейший класс биологических соединений. Они играют ключевую роль в клетке, присутствуют в виде главных компонентов в любых формах живой материи, поэтому по-прежнему неопровержимо определение Ф.Энгельса, что «жизнь есть способ существования белковых тел».

Русский

2014-11-24

215 KB

12 чел.

Лекция №12. -Аминокислоты. Пептиды. Белки

Белки – сложные биополимеры, мономерами которых являются -аминокислоты. В  составе белков  в организме человека встречаются только 20-аминокислот. Индивидуальность белков определяется порядком чередования аминокислот в белке.  Белки это   важнейший класс биологических соединений. Они играют ключевую роль в клетке, присутствуют в виде главных компонентов в любых формах живой материи, поэтому по-прежнему неопровержимо определение Ф.Энгельса, что «жизнь есть способ существования белковых тел». Белки чрезвычайно разнообразны по структуре и выполняют многочисленные биологические функции. Так в одном организме  Escherichia сolli  содержится более 3000 различных белков.

Название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался в пищу.

Молекулярная масса белков варьирует от 5000 до 1млн и более. Белками являются ферменты, гормоны, антибиотики, токсины. Белки выполняют разнообразные функции: каталитические (ферменты), двигательные (актин, миозин) транспортные (гемоглобин, миоглобин, цитохромы), защитные (иммуноглобулины, антигены, фибриноген), рецепторные (родопсин), регуляторные (гистоны, репрессоры,) запасающие (казеин, овальбумин)  Энергетическую функцию выполняют запасающие  белки  или иные  в условиях длительного голодания или интенсивной длительной  работы мышц.

Сравнительно небольшие молекулы с массой до 5000 называют пептидами,  к ни относят некоторые гормоны (вазопрессин, адренокортикотропный гормон), глюкагон, нейропептиды мозга  (эндорфин),  пептиды сна, памяти,  и т.п., алкалоиды (эрготамин) антибиотики (грамицидин)

I. -Аминокислоты

-Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат карбоксильную и аминогруппу у одного  и того же атома углерода. В большинстве АК, этот атом углерода - хиральный центр. В АК, которые являются мономерами белков, он  имеет относительную - L  конфигурацию. Конфигурация определяется по первому хиральному атому (-углерод).

 

Все -АК имеют  общий фрагмент или “стандартный блок” и отличаются радикалом у -углеродного атома. Отсутствует радикал только у глицина, у него вместо радикала атом водорода.

                           NH2 – СН – СООН

                  

                                      R

1. Номенклатура аминокислот и их классификация  и по строению радикалов

Названия для АК применяют преимущественно тривиальные (глицин от слова сладкий –glykos, серин от слова serieum – шелковистый, получен из фибрина шелка), для записи используют их трехбуквенное обозначение. В составе полипептидной цепочки остаток АК, не имеющий карбоксильной группы в стандартном блоке называется с изменением окончания –ИН на –ИЛ. Например, глицил вместо глицин и т.д.

По строению  углеродного скелета радикалов АК делятся на алифатические, ароматические и гетероциклические. В составе радикалов могут  быть функциональные группы, придающие им специфические свойства: карбоксильная, амино-, тиольная, амидная, гидроксильная, гуанидиновая. Сами АК все в воде растворимы, но в составе белка свойства радикала  оказывают влияние на растворимость белка в воде, поэтому АК с гидрофобными неполярными  радикалами формируют нерастворимые белки (коллаген), АК с  гидрофильными полярными радикалами формируют растворимые в воде белки (альбумины). Гидрофобные радикалы это углеводородные структуры, которые способны «склеиваться» друг с другом образуя гидрофобные связи, но не образуют водородные связи с водой и поэтому не растворяются в ней. К ним относятся радикалы с неполярными связями (углеводородные радикалы). Гидрофильные радикалы имеют полярные связи и  образуют диполь-дипольные или  водородные связи  водой. Гидрофобные и гидрофильные радикалы АК определяют пространственное строение белка, в который они входят.

Среди полярных радикалов также выделяют с зарядом (положительно и отрицательно заряженные), они лучше растворяются в воде   и незаряженные, они растворяются в воде хуже.

Таблица. Строение аминокислот – мономеров белка

1.АК с алифатическими углеводородными  радикалами (гидрофобные)

1

Глицин

2

Аланин

3

Валин

4

Лейцин

5

Изолейцин

2. АК с ароматическими  углеводородными  радикалами (гидрофобные)

6

Фенилаланин

3. АК  с гидроксильными группами (гидрофильные)

7

Серин

8

Треонин

9

Тирозин

4. АК с серосодержашими  радикалами  (гидрофильные)

10

Цистеин

11

Метионин

5. АК с карбоксильной группой в радикале (гидрофильные отрицательно заряженные)

12

Аспарагиновая кислота

13

Глутаминовая кислота

6. АК, содержащие амидные группы (гидрофильные)

14

Аспарагин

15

Глутамин

7. АК, содержащие аминогруппу в радикале (гидрофильные, положительно заряженные)

16

Лизин

8. АК, содержащие гуанидиновую группу (гидрофильные, положительно заряженные

17

Аргинин

9. АК с гетероциклическими радикалами

18

Триптофан (гидрофобный)

19

Гистидин (гидрофильный, + заряженный)

20

Пролин (гидрофобный)

 

Химические свойства

1. АК в растворе. Кислотно-основные свойства АК

Все АК хорошо растворимы в воде из-за наличия «стандартного блока». Наличие основного (аминогруппа) и кислотного (карбоксил) центра обуславливают амфотерность АК и автодиссоциацию. В растворе АК существуют в виде биполярного иона или цвиттер-иона:

NH2 – СН2 – СООН     +NH3 – СН2 – СОО-

                                             диполярный ион (биполярный ион)

АК взаимодействуют со щелочами по карбоксильной группе и кислотами по аминогруппе:

Кислотный центр СООН  и основный центр аминогруппы образуют с Си(ОН)2 хелатный комплекс синего цвета.

Большинство АК в растворе имеют нейтральную среду, но если  в радикале присутствуют основные центры (аминогруппы, гуанидин), то  среда становится щелочной: рН7; в эту группу входят диаминомонокарбоновые «основные» АК: лизин, орнитин, а также аргинин.

NH2 – СН – СООН  + Н2О   +NH3 – СН – СОО-   + ОН-

          (СН2)3- NH2                                         (СН2)3-NH+3

     орнитин

Если в радикале имеется кислотный центр это «кислые» АК. К ним относятся дикарбоновые моноаминокислоты аспарагиновая и глутаминовая, в растворе данных кислот  рН 7.

NH2 – СН – СООН  + Н2О   +NH3 – СН – СОО-   Н3О+

          СН2 – СООН                               СН2 – СОО-

у кислых АК будет при  рН 7, а у основных АК при рН7.

2. Характерные химические  реакции АК по карбоксильной и аминогруппам

  1.  Нуклеофильные свойства аминогрупп

Аминогруппа является сильным нуклеофильным реагентом и взаимодействует с электронодефицитным атомом углерода на субстрате. Например, с СН31 и ангидридом и хлорангидридом уксусной кислоты  (SN),  образуя N-алкильные и N-ацильные производные (SN)

1. АЛКИЛИРОВАНИЕ АК

2. АЦИЛИРОВАНИЕ АК

 

3. ПРИСОЕДИНЕНИЕ – ОТЩЕПЛЕНИЕ (ОБРАЗОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ШИФФА)

С оксогруппой –С=О  идет реакция присоединения - отщепления (AN –Е). Образуя имины или основания Шиффа. Эта реакция используется в количественном определении АК в растворах, так как титрование щелочью невозможно, его проводят после блокады аминогруппы формальдегидом, в результате остается кислая карбоксильная группа, количество этих групп определяется титрованием щелочью, метод получил название «формольное титрование» или метод Серенсена.

3. Окислительное дезаминирование in vitro Реакция Ван-Слайка

С HNO2  аминогруппа АК, как первичный алифатический амин вступает в реакцию окислительного дезаминирования, в результате аминогруппа превращается  в гидроксильную. Эти реакции легли в основу количественного определения амино- и карбоксильных групп в растворах АК.

  1.  Образование амидной (пептидной связи)

Карбоксильная группа является электрофильным субстратом в реакции SN и взаимодействует с нуклеофильной аминогруппой, образуя амидную или пептидную связь.  

5. Качественная реакция на --аминокислоты – образование окрашенного сине-фиолетового соединения с нингидрином

     6.  Биохимические реакции  -аминокислот

АК – мономеры белков, поэтому их превращения в организме связаны с метаболизмом белков.

Основной способ получения АК организмом – гидролиз белков. Существует 8 (у детей 10) незаменимых  АК, которые могут поступать в организм только с белковой пищей, это Валин, Лейцин, Изолейцин, Треонин, Лизин, Метионин, Фенилаланин, Триптофан,  (Мнемонический прием для запоминания: Только Врач И Фармацевт Могут Лечить Людей Таблетками, кроме Тирозина). Для растущих организмов незаменимы также гистидин и аргинин.

Заменимые АК синтезируются в организме из других АК и кетокислот реакцией трансаминирования или переаминирования

Трансаминорование

 

    АЛАНИН                              ЩУК

 ПВК                             АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА

      

                   

Под действием кофермента НАД+ или НАДФ+ идет окислительное дезаминирование АК in vivo, в отличие от in vitro   образуются оксогруппы кетокислот

     Окислительное дезаминирование (in vivo)

                                     НАД+                                  + Н2О

 NH2 – СН2 – СООН              NН = СН2 – СООН             О = СН2 – СООН

                                       -2Н                                    - NH3 

Декарбоксилирование, образование биогенных аминов

Серин – коламин, лизин – кадаверин, триптофан - триптамин

Поликонденсация АК, образование полипептида

Номенклатура полипептидных цепей: название начинается с N-конца цепочки, остатки АК без гидроксильных групп называются как радикалы, с заменой окончания –ИН на –ИЛ, последняя АК называется полностью с окончанием –ИН.

Ала – Цис-Фен: Аланилцистеилфенилаланин

Строение пептидной связи: наличие р-п сопряжения, sp2-гибридизации атомов углерода, азота и кислорода в ней определяет ее плоскостное строение и отсутствие вращений вдоль оси связи и транс- конформацию.

II. Белки и пептиды

Строение белков и полипептидов.

Пептиды, содержащие до 10 остатков АК, называют олигопептиды. От 10-50 – полипептиды, более 50 – белки.

1. Характеристика первичной структуры белковой или полипептидной молекулы.

Первичная структура это последовательность АК, связанных пептидной связью.

  1.  Вторичная структура белков

За счет внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определенную пространственную структуру называемую «конформация белков». Вторичная структура  определяется пространственным строением молекулы и представляет собой наиболее выгодную конформацию в виде правозакрученной - спирали или складчатую -структуру. Стабилизация вторичной структуры идет за счет водородных связей между пептидными группами.

  1.  Третичная структура белков.

Третичная структура возникает за счет взаимодействия пептидных связей и боковых радикалов в водном растворе. Молекула белка укладывается в пространстве в виде «глобулы» или «клубка» за счет гидрофобного взаимодействия неполярных или гидрофобных радикалов внутри глобулы,  ионных связей между заряженными радикалами, дисульфидных ковалентных мостиков, образованных при окислении цистеина В ЦИСТИН,   водородных связей между полярными радикалами и водой.

.

Свойства белков

  1.  Гидролиз в кислой и щелочной среде до АК.

  1.  Качественные реакции

А. на пептидную связь

  •  биуретовая реакция (фиолетовый хелатный  комплекс  с Си(ОН)2)

                                           ОБРАЗОВАНИЕ БИУРЕТА

Б. на ароматические структуры

ксантопротеиновая реакция – взаимодействие с азотной кислотой с образованием нитробензольных производных желтого цвета.

PAGE  10


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84484. ОФСЕТНАЯ ЛИСТОВАЯ ПЕЧАТЬ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗОПРОПИЛОВОГО СПИРТА 43.74 KB
  Уже более 30 лет успешно применяется технология офсетной печати без использования изопропилового спирта в США где эта технология зародилась и распространилась благодаря поддержке государства и высоких требований к экологической безопасности. Вслед за Соединенными Штатами от спирта стали отказываться типографии и в Европе. На данный момент печать без использования изопропилового спирта распространена и в Европе что наглядно видно на любой европейской выставке.
84485. Поняття про рефлекс. Будова рефлекторної дуги та її ланок 43.38 KB
  Рефлекторна дуга шлях по якому передається інформація при здійсненні рефлексу. Тобто рефлекторна дуга морфологічний субстрат рефлексу. Схема найпростішої елементарної рефлекторної дуги на прикладі шкірномязового рефлексу має такий вигляд: Із схеми видно що рефлекторна дуга має такі відділи: 1. Нервовий центр структури у межах ЦНС що беруть участь у здійсненні рефлексу.
84486. Рецептори, їх класифікація та збудження 45.25 KB
  Рецептори спеціалізовані структури що забезпечують: а сприйняття інформації про дію подразника; б первинний аналіз цієї інформації сила якість час дії новизна подразника. За наявністю спеціалізованої сенсорної клітини: первинні інформація про дію подразника сприймається безпосередньо нервовим закінченням; вторинні інформації про дію подразника сприймається спеціалізованою сенсорною рецепторною клітиною а далі передається на нервове закінчення. За наявністю чи відсутністю допоміжних структур: вільні нервові закінчення ...
84487. Пропріорецептори, їх види. Будова та функції м’язових веретен 43.25 KB
  Пропріорецептори Мязів мязові веретена Суглобових сумок Сухожилків тільця Гольджі Види рецепторів Адекватний подразник Деформація Розтягнення Розтягнення Ступінь та швидкість розтягнення мязів Ступінь згинання розгинання в суглобі Ступінь та швидкість скорочення мяза так як при скороченні сухожилки розтягуються Контролюють Мязові веретена первинні механорецептори що мають складну структуру. Адекватним подразником ІФВ є розтягнення центральної частини ядерної сумки. Таке розтягнення та збудження спіралевидного нервового...
84488. Механізми і закономірності передачізбудження в центральних синапсах 44.76 KB
  Аксосоматичні Аксоаксональні Аксодендритні Дендродендритичні Збудливі Гальмівні Хімічні Електричні Механізм передачі збудження через центральний аксосоматичний хімічний синапс полягає в наступному: ПД поширюється по мембрані аксона далі по мембрані пресинаптичній підвищення проникності пресинаптичної мембрани для іонів С2 вхід їх в нервове закінчення за градієнтом концентрації вихід медіатора в синаптичну щілину дифузія медіатора до постсинаптичної мембрани взаємодія з мембранними циторецепторами збільшення...
84489. Види центрального гальмування. Механізми розвитку пре- та постсинаптичного гальмування 43.78 KB
  Механізми розвитку пре та постсинаптичного гальмування. Гальмування активний фізіологічний процес. Гальмування в ЦНС Постсинаптичне Пресинаптичне За локалізацією За електрофізіологічною природою Гіперполяризаційне Деполяризаційне За будовою нейронних ланцюгів Зворотнє Пряме Постсинаптичне гіперполяризаційне гальмування.
84490. Сумація збудження і гальмування нейронами ЦНС 48.02 KB
  Взаємодія збудження та гальмування на тілі кожного окремого нейрона відбувається шляхом сумації просторової та часової. В залежності від переважання сумації ЗПСП чи ГПСП нейрон може перебувати в трьох станах: збудження характеризується генерацією ПД на мембрані аксонного горбика в результаті переважання сумації ЗПСП деполяризація мембрани дійшла до критичного рівня: чим інтенсивніше протікає сумація ЗПСП тим швидше деполяризація доходить до Екр тим частіше ПД в РРН тобто тим сильніше збудження нейрона. Таким чином за допомогою...
84491. Рухові рефлекси спинного мозку, їх рефлекторні дуги, фізіологічне значення 45.37 KB
  У складі задніх рогів спинного мозку переважають вставні нейрони. Біла речовина спинного мозку представлена волокнами висхідних та низхідних шляхів. Контроль на рівні спинного мозку Рецептори шкіри Вісцерорецептори ангіорецептори.
84492. Провідникова функція спинного мозку. Залежність спінальних рефлексів від діяльності центрів головного мозку. Спінальний шок 43.05 KB
  Біла речовина спинного мозку передні бокові та задні канатики складається з нервових волокон які формують провідні шляхи. Основними висхідними шляхами є: 1. Шлях Голя розташований в медіальній частині заднього канатика. Шлях Бурдаха розташований в латеральній частині заднього канатика.