Аминокислоты
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
АМИНОКИСЛОТЫ ПЕПТИДЫ БЕЛКИ СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ 20 аминокислот входят в состав белков (протеиногенные аминокислоты). Это - аминокислоты, в которых функциональные амино- и карбоксильная группы находятся у одного и того же - углеродного атома. - Аминокислоты отличаются друг от друга структурой R- группы. По структуре боковой группы R аминокислоты подразделяются на: моноаминомонокарбоновые алифатические (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин); моноаминодикарбоновые и их амиды (аспарагиновая кислота и аспарагин, глутаминовая кислота и глутамин); диаминомонокарбоновые (аргинин, лизин) гидроксиаминокислоты (серин, треонин); серосодержащие (цистеин, метионин); ароматические (фенилаланин, тирозин, триптофан); гетероциклические (пролин, гистидин). Группа аминокислот Функциональные группы Аминокислоты Гидрофильные, полярные Кислые Карбоксильная -СОО - Аспарагиновая Глутаминовая Asp Glu Асп Глу Основные Аминогруппа Гуанидиновая Имидазольная -NH 3 + -CH 4 N 3 + -C 3 H 3 N 2 + Лизин Аргинин Гистидин Lys Arg His Лиз Арг Гис Нейтральные Тиольная -SH Цистеин Cys Цис Гидроксильная Гидроксифенил - ОН -C 6 H 4 ОН Серин Треонин Тирозин Ser Thr Tyr Сер Тре Тир Амиды -CONH 2 Аспарагин Глутамин Asn Gln Аср Глн Глицин Gly Гли Гидрофобные, неполярные Алифатические Аланин Валин Лейцин Изолейцин Метионин Ala Val Leu Ile Met Ала Вал Лей Иле Мет Ароматические Фенил Индол -C 6 H 5 -C 8 H 5 N Фенилаланин Триптофан *( Тирозин Phe Trp Tyr) Фен Трп Иминокислота Пролин Pro Про *Тирозин, или гидроксифенилаланин – ароматическая, гидрофильная, полярная аминокислота. Протеиногенные аминокислоты делятся на: незаменимые – не могут синтезироваться в организме человека ( треонин, метионин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, лизин), частично заменимые – аргинин и гистидин заменимые – могут синтезироваться в организме. - Аминоксилоты (кроме глицина) имеют в структуре хиральные (асимметричные) атомы С. Это обусловливает существование двух энантиомеров – L- и D-форм аминокислот. Все аминoкиcлoты, входящие в состав белков, oтноcятcя к L- ряду. Аминокислоты, относящиеся к D-ряду, встречаются в некодируемых пептидах. H C NH 2 COOH R H 2 N C H COOH R D - ряд L - ряд энантиомеры Химические свойства аминокислот • декарбоксилирования (образование аминов) и дезаминирования (образование карбоновых кислот); • переаминирования с α-кетокислотами; α-аминокислота + α-кетокислота ↔ ↔ α-кетокислота’ + α-аминокислота’ • образование пептидной связи между α-СООН- и α-NH 2 - группами двух аминокислот(полимеризация аминокислот с образованием пептидов): серин цистеин серилцистеин • • • • • образования амидов и сложных эфиров; • взаимодействие аминогрупп с альдегидами (образование шиффовых оснований); • образование N-гликозидов (при взаимодействии с углеводами через аминогруппу); • образование О-гликозидов (при взаимодействии с углеводами через карбоксильную группу); • окисление SH-групп (образование дисульфидных соединений, например, димера цистеина - цистина); • фосфорилирование гидроксиаминокислот (образование сложных фосфорных эфиров); • окисление гуанидиновой группы аргинина. Универсальной качественной реакцией на α-аминокислоты, является их взаимодействие с нингидрином, сопровождающееся образованием окрашенного продукта фиолетового цвета (пурпура Руэмана). КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА -АМИНОКИСЛОТЫ O O OH OH + H 2 N CH COOH R O O H OH + NH 3 + CO 2 + RCHO + O O OH OH O O O O N Нингидрин α-Аминокислота окисленный Нингидрин Нингидрин восстановленный окисленный Пурпур Руэмана (сине-фиолетовый) Амфотерные свойства аминокислот α-Аминокислоты в водных растворах существуют преимуществненно в виде биполярных, или цвиттер-ионов: Степень диссоциации ионогенных групп зависит от рН. Значение рН раствора, при котором суммарный заряд молекулы аминокислоты равен «0», называется изоэлектрической точкой рI и определяется по формуле: рI=(pK 1 +pK 2 )/2 pK 1 – константа диссоциации α-карбоксильных групп; pK 2 – константа диссоциации α-аминогрупп. Если аминокислота содержит дополнительные ионогенные группы, то при расчете рI учитывается их вклад. Значение рН водного раствора химически чистой аминокислоты называется изоионной точкой. Значения изоэлектрической и изоионной точек в разбавленных растворах приблизительно равны. рН < pI рН = pI pH > pI Заряд > 0 ( положительный) Заряд = 0 Заряд < 0 (отрицательный) Заряд аминокислоты в растворе зависит от его рН Аминокислоты в растворах при любых значениях рН (кроме рI) ведут себя как сильные электролиты, проявляя амфотерные свойства. Аминокислотные остатки в молекуле белка соединены пептидными связями. Длина пептидной связи = 0,132 нм длина одинарной С–N связи = 0,146 нм; длина двойной С=N связи = 0,127 нм. Свойства пептидной связи: пептидная группа жесткая планарная (плоская) структура и вращение вокруг пептидной связи невозможно; пептидная связь имеет транс-конфигурацию (только остатки пролина образуют пептидную связь в цис-конфигурации); для пептидной группировки характерна кето- енольная таутомерия. По числу аминокислотных остатков: олигопептиды (до 10 аминокислотных остатков); полипептиды (от 10 до 50 аминокислотных остатков). По составу пептиды подразделяются на: простые (гомомерные) – состоят только из аминокислотных остатков; сложные (гетеромерные) – дополнительно включены не аминокислотные компоненты (углеводы, липиды, металлы и др.). Полипептиды, состоящие более, чем из 50 аминокислотных остатков, относятся к белкам, или протеинам. В структуре белковой молекулы выделяют 4 уровня организации. Структурный уровень Характеристика структуры Типы связей в структуре Первичная структура последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи ковалентные связи (пептидные) Вторичная структура - - спираль - - структура конфигурация полипептидной цепи водородные связи Сверхвторичная структура упорядоченное рас- положение - спиральных участков и/или - структур полипептидной цепи Структурный уровень Характеристика структуры Типы связей в структуре Третичная структура пространственная организация ( конформация) полипептидной цепи гидрофобные взаимодействия водородные связи ионные связи дисульфидные (ковалентные) связи Четвертичная структура способ организации в пространстве отдель- ных полипептидных цепей, образование макромолекулярных комплексов гидрофобные взаимодействия водородные связи ионные связи В зависимости от степени асимметрии молекулы белка, имеющие пространственную структуру ( конформацию), подразделяются на: • - глобулярные ( при соотношении длинной оси к короткой 3:5); - фибриллярные ( при соотношении осей 80:150). Формирование третичной структуры приводит к образованию функционально активной, или нативной, белковой структуры. Физико-химические свойства белков Большинство белков – это водорастворимые вещества. В растворах белки проявляют коллоидные свойства и отличаются: - высокой вязкостью; - способностью к образованию гелей; - неспособностью проходить через полупроницаемые мембраны. Белки способны взаимодействовать и с катионами, и с анионами. Способность белков взаимодействовать с различными заряженными веществами может приводить к их осаждению, т.к. происходит изменение заряда молекулы. Денатурация – изменение пространственной структуры, которая происходит в связи с разрывом связей, поддерживающих и образующих пространственную структуру. Происходит нарушение четвертичного, третичного и вторичного уровней организации белка. Факторы денатурации: физические (механические воздействия, высокие и низкие температуры, ультразвук, радиация и др.); химические (концентрированные неорганические и органические кислоты, концентрированные щелочи, органические растворители и т.д.). Процесс, обратный денатурации, называется ренатурация. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ В зависимости от состава белки делятся на простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот. Альбумины и глобулины – глобулярные транспортные и запасные белки. Протамины – основные белки. Гистоны – ядерные основные белки. Проламины, глютелины – кислые растительные белки. Сложные белки кроме белковой части имеют структуры небелковой природы. Хромопротеины–окрашенные белки: гемопротеины, флавопротеины, родопсин и др. Фосфопротеины – содержат остатки фосфорной кислоты. Гликопротеины – содержат ковалентно связанные моно- и олигосахариды. Нуклеопротеины– содержат белок и нековалентно связанные остатки нуклеиновых кислот. Липопротеины – гидрофобные белки, содержащие нековалентно связанные липиды. Металлопротеины – сложные белки, содержащие атомы (ионы) металлов. Функции белков • Каталитическая функция. • Структурная функция. • Транспортная функция • Защитная функция. • Регуляторная функция. • Двигательная функция. ФЕРМЕНТЫ Ферменты - природные биокатализаторы белковой природы. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ Общие со всеми катализаторами: 1. способность катализировать только термодинамически возможные процессы. 2. ускорение наступления состояния равновесия обратимого процесса, без смещения равновесия в сторону прямой или обратной реакции. 3. не расходуются и не модифицируются в процессе катализа. Специфические свойства: 1. более высокая активность ферментов по сравнению с неорганическими катализаторами. 2. высокую специфичность действия ферментов. 3. способность реагировать на различные регуляторные воздействия. 4. свойства, обусловленные белковой природой абсолютного большинства ферментов (термолабильность, зависимость активности от величины рН среды и др.). СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ Простые ферменты – однокомпонентные, состоят только из полипептидной части; Сложные ферменты (холофермент) – двухкомпонентные, кроме полипептида ( апофермента) содержат дополнительный компонент небелковой природы (кофактор). Область фермента, в которой происходит связывание и превращение субстрата, называется активным центром. Класс ферментов Тип реакции 1. Оксидоредуктазы Окислительно- восстановительные реакции всех типов 2. Трансферазы Перенос отдельных атомов и групп атомов 3. Гидролазы Гидролитическое расщепление химических связей 4. Лиазы Негидролитическое расщепление двойных связей или их образование 5. Изомеразы Взаимопревращение различных изомеров 6. Лигазы Образование связей (синтез) с затратой энергии АТФ Классификация ферментов Единицы и формы выражения активности ферментов 1 катал (каt) – количество фермента, которое катализирует превращение 1 моль субстрата за 1 сек при 25 о С. 1 международная единица (МЕ) – количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин при 25 о С. Удельная активность - число единиц активности фермента, приходящихся на 1 мг белка. Уравнение Михаэлиса-Ментен V max [S] V = -------------------- K M + [S] Зависимость активности ферментов от температуры (А) и рН среды (Б) А Б |