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

7 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

70364. АКТЫ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ В МЕХАНИЗМЕ РЕАЛИЗАЦИИ АДМИНИСТРАТИВНЫХ РЕГЛАМЕНТОВ 53.38 KB
  В статье исследуются понятие и сущность актов органов исполнительной власти в механизме административно-правового регулирования отмечается что административный регламент обладает всеми признаками акта управления любой административный регламент принимается на основании...
70365. АКТЫ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ - ОСНОВА АДМИНИСТРАТИВНОГО РЕГЛАМЕНТА 29.62 KB
  В статье исследуются понятие и особенности актов органов исполнительной власти показываются место и особенности нормативных правовых актов в механизме административно-правового регулирования общественных отношений особое внимание обращается на административный...
70366. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ РЕГЛАМЕНТЫ КАК ПРАВОВАЯ ФОРМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ГОСУДАРСТВЕННЫХ СЛУЖАЩИХ 39.73 KB
  Рассматриваются теоретические и практические аспекты правового регулирования государственной службы и социальной защиты государственных служащих с помощью административных регламентов. Ключевые слова: государственная гражданская служба административный регламент социальная защита...
70367. АДМИНИСТРАТИВНЫЙ РЕГЛАМЕНТ КАК НОРМАТИВНЫЙ ПРАВОВОЙ АКТ: ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ 32.21 KB
  В статье рассматривается административный регламент как нормативный правовой акт органов исполнительной власти Российской Федерации субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления муниципальных образований актуальные вопросы реализации административных регламентов.
70368. Педагогическое обоснование оптимизации физических нагрузок профессиональных футболистов в условиях акклиматизации спортсменов на выездных учебно-тренировочных сборах 29.05 KB
  В условиях выездных учебно-тренировочных сборов особенно при значительных отличиях природно-климатических условий организм спортсменов испытывает значительные физиологические нагрузки что может быть причиной дезадаптации и негативного воздействия на здоровье и результаты спортсменов.
70370. ТЕОРИЯ КОНЦЕПЦИИ «ЗЛОУПОТРЕБЛЕНИЕ ГРАЖДАНСКИМИ ПРАВАМИ» 2.39 MB
  Определение и установление внутренних пределов осуществления субъективного гражданского права одна из наиболее запутанных сложных для понимания и разрешения правовых проблем. В этом механизме установления юридических границ ярко выражена основная цель права предоставить обществу...
70371. «ИНЫЕ ФОРМЫ» ЗЛОУПОТРЕБЛЕНИЙ ГРАЖДАНСКИМИ ПРАВАМИ 106 KB
  Итак, исходя из последовательного анализа содержания статьи 10 ГК РФ, законодателем запрещены следующие формы реализации права: а) шикана - действие лица с четким намерением, т.е. с прямым умыслом причинить вред другому лицу (редкое явление в праве)...
70372. РОЛЬ И МЕСТО ПОНЯТИЯ «ЗЛОУПОТРЕБЛЕНИЕ ПРАВОМ» В РОССИЙСКОЙ ПРАВОВОЙ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ 62.5 KB
  С точки зрения воплощения соответствующих теоретических идей представляется небезынтересным обращение к российскому опыту современного регулирования отношений связанных со злоупотреблением правом. В отечественной юридической литературе сформировалось устойчивое мнение...