Курсовая работа: Характеристика белков
Таким образом может быть
идентифицирована конечная аминокислота. Процесс может быть снова повторен для
деградированного пептида.
В случае сложных белков
или полипептидов расшифровке подвергают продукты их частичного гидролиза —
простые поли-пептиды, причем определяются места их «стыковки» (по различию в
аминокислотном составе отдельных осколков) в сложную молекулу.
В современных
лабораториях анализ аминокислотного состава и определение простых осколков
проводится с помощью специальных хроматографов — автоматических аминокислотных
анализаторов.
Уникальная
последовательность аминокислотных остатков в цепи, характерная для каждого
белка, называется первичной структурой белка.
В отличие от углеводов
первичная структура белков строго специфична для каждого вида организмов. Так,
гормон инсулин, построенный из 51 остатка а-аминокислот в виде двух цепей,
соединенных дисульфидными мостиками, имеет неодинаковый состав у различных
видов животных. Трехчленные звенья в определенном месте цепи А молекулы
инсулина содержат следующие аминокислотные остатки: у быка аланин—серии—валин;
у свиньи трео-нин—серии—изолейцин; у лошади треонин—глицин—изолейцин; у овцы
аланин—глицин—валин; у человека треонин—серии—изолейцин (на схеме 9 они
отмечены звездочками). Различия наблюдаются также в С-концевом остатке В-цепи:
в инсулине человека это остаток треонина, а в инсулине быка — остаток аланина.
Отдельные молекулы белка
взаимодействуют друг с другом, образуя водородные связи, причем цепи
«свертываются» в виде спиралей. В так называемых фибрилярных белках отдельные
цепи более растянуты. В глобулярных белках упаковка цепей более компактна.
В кристаллическом виде
получены только глобулярные белки; фибрилярные белки не способны
кристаллизоваться. Кристаллы белков, растущие из растворов, содержат растворитель,
который входит в структуру белка, так что удаление его вызывает потерю
кристалличности.
Особенности скручивания
цепей белковых молекул (взаимное положение фрагментов в пространстве)
называются вторичной структурой белков.
Полипептидные цепи белков
могут соединяться между собой с образованием амидных, дисульфидных, водородных
и иных связей за счет боковых цепей аминокислот. В результате возникновения
этих связей происходит закручивание спирали в клубок. Эти особенности строения
белков называют третичной структурой.
Наиболее всесторонне
исследован белок, придающий красную окраску тканям мышц, — миоглобин. Его
молекулярная масса 17 000. Он содержит одну окрашивающую группу на молекулу.
Последняя имеет вид глобулы.
4 Синтез белков
Проблема синтеза белков
имеет огромное практическое, теоретическое и философское значение.
Прежде чем синтезировать
белки, необходимо было научиться получать более простые вещества, построенные
по тому же принципу, что и белки, — полипептиды. Синтез полипептидов белков из
большого числа-молекул аминокислот — очень сложная задача. Так, если требуется
получить полипептид, состоящий, например, из 20 остатков аминокислот и на
каждой стадии синтеза выход будет 90 %, то окончательный выход на исходное
сырье будет 0,9020X 100 = 12%.
Простейшие
полипептиды—кристаллические вещества, растворимые в воде и почти нерастворимые
в спирте. Они дают биуретовую реакцию. Полипептиды, как и белки, играют важную
роль в процессах жизнедеятельности и являются продуктами частичного гидролиза
белков.
Синтез полипептидов
осуществляется различными методами. Простейшие из них разработаны Э. Фишером и
Абдергальденом в начале нашего века. В последнее время разработаны новые
методы, позволяющие получать более сложные полипептиды.
Синтез полипептидов этими
методами осуществляется в три стадии:
1. Получение аминокислот
с защищенными амино- или карбоксильными группами.
2. Образование пептидной
связи.
3. Избирательное
отщепление защищающих групп.
Первая стадия. Временная
защита аминных или карбоксильных групп позволяет соединять аминокислотные
остатки в желаемой последовательности, а также лишает аминокислоты амфотерных
свойств. Для дикарбоновых аминокислот необходима дополнительная защита второй
карбоксильной группы, для диаминокислот — дополнительная защита аминогрупп, для
аминокислот, содержащих сульфгидрильные группы, — защита этих групп. Защитные
группы должны быть устойчивыми в условиях синтеза, и их введение не должно
вызывать рацемизации аминокислот, Для обратимой защиты аминогрупп пригодны
следующие группы.
Карбобензоксигруппа С6Н5—СН2—О—СО—,
вводимая с помощью карбо-бензоксихлорида С6Н5—СН2—О—СО—СL и отщепляемая либо каталитическим
гидрированием, либо бромистым аммонием в жидком аммиаке.
n-Толуолсульфонильная группа
(тозильная) n-СН3—С6Н4—5О2—,
вводимая с помощью п-толуолсульфхлорида СН3—С6Н4—5О2—СL и удаляемая действием смеси
йодистого фосфония и иодистоводородной кислоты,
Трифенилметильная группа
(С6Н5)3С—, вводимая с помощью
трифенилхлор-метана (С6Н5)3С—СL и удаляемая каталитическим
гидрированием.
трет-Бутоксикарбонильная
(СН3)3С—О—СО—, вводимая с помощью карбо-трет-бутилазида
(СН3)3С—О—СО—N3 и
удаляемая с помощью бромистого водорода в уксусной кислоте.
Карбоксильные группы
обратимо защищаются превращением в метиловые, /прет-бутиловые, этиловые,
бензиловые, нитробензиловые эфиры, амиды и гид-разиды. Наиболее удобны
трет-бутиловые эфиры, которые легко получить действием изобутилена под
давлением в присутствии серной кислоты или переэтери-фикацией с
трет-бутилацетатом и хлорной кислотой и расщепляются в очень мягких условиях,
например при действии трифторуксусной кислоты.
Самым лучшим способом
защиты сульфгидрильной группы является замещение ее водорода бензильной
группой, которая легко отщепляется действием натрия в жидком аммиаке, Вторая и
третья стадии. При синтезе высших полипептидов и белков применяются многие
методы. Хорошо себя оправдал, например, карбодиимидный метод.
Дициклогексилкарбодимид (I) прибавляют к концентрированному раствору
компонентов. При взаимодействии его с защищенной по аминогруппе аминокислотой
(II) образуется О-ацилированная дициклогексилмочевина (III), которая с
исключительной легкостью взаимодействует с эфиром аминокислоты (IV), образуя
производное дипептида (V). Трудно растворимая дициклогексилмочевина (VI) легко
отделяется от пептида Защита аминогруппы может быть осуществлена реакцией с
карбобензокси-хлоридом С6Н5СН2ОСОСL, получаемым из бензилового спирта и
фосгена. Бензи-локси карбонильная группировка легко удается каталитическим
гидрированйем.
Существуют автоматические
устройства, синтезирующие полипептиды этим методом с заданной программирующим
устройством последовательностью аминокислот. Синтез пептидов чрезвычайно
трудоемок, так как необходимо после каждой стадии выделять и очищать продукт
реакции. При этом неизбежны потери вещества. Для синтеза рибонуклеазы — белка,
содержащего 124 аминокислотных остатка, необходимо провести 369 химических
реакций, включающих 11 931 стадию. Если проводить такой синтез классическим
путем, с выделением и очисткой вещества на каждой стадии, вещество будет
полностью потеряно задолго до достижения заключительной стадии.
В настоящее время такие
многостадийные синтезы проводят так называемым твердофазным способом, когда
вещество, подлежащее последовательным превращениям, прикреплено к твердой
подложке ковалентной связью. Это позволяет избежать потерь, так как очистка
вещества после каждой очередной стадии синтеза достигается простой промывкой.
На конечной стадии готовый продукт снимают с подложки расщеплением ковалентной
связи. При таком способе все операции осуществляются автоматически,
Использование новых
методов привело к значительным успехам в синтезе сложных полипептидов. Начиная
с 1954 г. осуществлен синтез, ряда гормонов, представляющих собой сложные
полипептиды. Так, например, синтезированы один из гормонов гипофиза — окситоцин
(8 остатков аминокислот); гормон инсулин, построенный из нескольких
полипептидных фрагментов, самый большой из которых содержит 30 аминокислотных
остатков, фермент панкреатическая нуклеаза и ряд других.
В растениях белки
синтезируются из неорганических соединений при воздействии энзимов, в организме
животных — из аминокислот;
Последние поступают с
пищей в виде растительных или животных белков. Только некоторые аминокислоты в
организме животных синтезируются из кетокислот и аммиака или других
аминокислот. Такие аминокислоты называются заменимыми (глицин, аланин, орнитин
и др.).
Из простейших аминокислот
незаменимыми являются валин, лейцин, лизин и др.
Потребляемые организмами
животных белки обязательно должны содержать незаменимые аминокислоты, иначе
белковая пища будет неполноценной: прекратится рост организма, и он может даже
погибнуть. Неполноценными белками являются желатина (нет триптофана), зеин
кукурузы (не содержит лизина) и др.
Организм может усваивать
и свободные аминокислоты, вводимые с пищей[3].
5 Приготовление пищи
Важнейшим компонентом
питания являются белки. Белки представляют основу структурных элементов клетки
и тканей. С белками связаны основные проявления жизни: обмен веществ,
сокращения мышц, раздражимость нервов, способность к росту и размножению и даже
высшая форма движения материи — мышление. Связывая значительные количества
воды, белки образуют плотные коллоидные структуры, определяющие конфигурацию
тела. Помимо структурных белков, к белковым веществам относятся гемоглобин —
переносчик кислорода в крови, ферменты — важнейшие ускорители биохимических
реакций, некоторые гормоны — тонкие регуляторы обменных процессов,
нуклеопротеиды — вещества, в значительной степени определяющие направление
синтеза белка в организме, являющиеся носителями наследственных свойств.
Строение белков, каж дой клеточки и ткани организма отличается большим
разнообразием и вместе с тем строгим постоянством. В то же время бесчисленное
множество различных видов белков, с которыми мы встречаемся в животных и
растительных организмах, построено всего лишь из 20 распространенных в природе
аминокислот, сочетание которых в молекулах белка может обусловить их огромное
разнообразие.
Страницы: 1, 2, 3, 4 |