Учебное пособие Часть I самара Самарский государственный технический университет 2007
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
Протамины – Белки спермы рыб гормоны Гистоны – Белки основного Липопротеиды – Компоненты характера, образуют мембран, белки соли с нуклеиновыми мозга, крови, кислотами в ядрах хлоропластов клеток растений, молока Нуклеопротеиды – Вещества ядер клеток и рибосом Р и с.1.11. Классификация белков по составу и растворимости Протамины – белки с высоким содержанием аргинина, проявляющие основные свойства, очень хорошо растворимы в воде, нерастворимы в разбавленных растворах аммиака, не коагулируют при нагревании.
Классификация белков по растворимости сложилась в самом начале их исследования, но в последнее время теряет свое значение, хотя рассмотренные эмпирические названия употребляются и в настоящее время. Сложные белки делятся на шесть основных групп. 1. Фосфопротеиды – белки, в состав которых входит остаток фосфорной кислоты, которая освобождается при гидролизе наряду с аминокислотами. Фосфорная кислота обычно связана сложноэфирной связью с гидроксильной группой либо серина, либо треонина. Кроме указанных на рис.1.11 примеров в качестве важнейших фосфопротеидов следует отметить такие ферменты, как фосфоглюкомутаза, фосфорилаза, пепсин. 2  . Хромопротеиды – это белки, включающие окрашенные (греч. chroma – краска) простетические группы. Хромопротеиды делятся на гемсодержащие и флавопротеиды. Простетическая группа гема содержит металл – железо или медь. Таким образом, гемсодержащие белки относятся также к металлопротеидам. Р и с.1.12. Строение гема в окислительно-восстановительных ферментах и транспортных белках Среди гемсодержащих хромопротеидов особо важное место занимают транспортные белки – гемоглобин и миоглобин. Гемоглобин является тетрамером, состоящим из двух α– и двух β-субъединиц с молекулярными массами примерно 16 кДа. Каждая субъединица несет группу гема (рис.1.12) с ионом двухвалентного железа в центре. Гем связан с белком – глобином координационной связью между ионом двухвалентного железа и остатком гистидина. Шестая координационная связь железа занята молекулой кислорода в оксигемоглобине и соответственно Н2О в дезоксигемоглобине. Миоглобин – хромопротеид мышц выполняет те же функции, что и гемоглобин, но не идентичен с ним. Молекулярная масса белкового компонента миоглобина равна 17 кДа, и его молекула содержит одну молекулу гемма, идентичного гему гемоглобина. Миоглобин, обеспечивая резерв кислорода в мышцах, предохраняет органы животных от временного кислородного голодания. В крови ракообразных имеются медьсодержащие хромопротеиды – гемоцианины (синего цвета). Протопорфириновое ядро (это то, что остается от гема, если убрать железо) в них включает ион двухвалентной меди. Гемоцианины выполнят ту же функцию, что и гемоглобин и миоглобин. К гемсодержащим белкам относятся также такие окислительно-восстановительные ферменты, как каталаза, пероксидаза и цитохромы. В этих белках гем связан с белковой молекулой ковалентной связью, возникающей при взаимодействии винильной группы гема с сульфгидрильной группой остатка цистеина. В отличие от гемоглобина степень окисления железа в геме окислительно-восстановитель-ных ферментов меняется от +2 (восстановленная форма) до +3 (окисленная форма). К флавопротеидам относятся белки, окрашенные в желтый цвет, не содержащие металла. Их окраска обусловлена наличием простетической группы – рибофлавинмононуклеотида (ФМН):  Светочувствительный хромопептид – родопсин представляет собой продукт конденсации 11-цис-ретиналя (витамин А2) по аминогруппе остатка лизина белка опсина:  3. Металлопротеиды – это белки, в состав которых входят металлы, связанные с белком координационными связями. К этой группе относятся уже рассмотренные гемсодержащие белки, а также олигомеры, стабилизированные ионами переходных металлов, например гексамер инсулина, стабилизированный двумя ионами Zn+2. 4. Гликопротеиды – это белки, простетические группы которых представляют собой остатки углеводов, полисахаридов, производных углеводов – глюкуроновой кислоты, идуроновой кислоты, гексозаминов:  Главными представителями гликопротеидов, встречающимися в различных тканях, особенно в хрящах, костной ткани, роговице глаза, а также в составе пищеварительных жидкостей, являются муцины и мукоиды. Гликопротеиды могут содержать до 50% углеводов, но, как правило, в молекуле преобладает белковая часть. В отличие от этого протеогликаны, также включающие в свою молекулу белковую и углеводную части, содержат около 95% углеводов и лишь около 5% белка. Протеогликаны, структурными компонентами углеводной части которых являются указанные выше углеводы, составляют основное вещество межклеточного матрикса. 5. Липопротеиды – это белки, простетические группы которых представлены холестерином, фосфатидами, жирами. В отличие от липидов липопротеиды растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях. Липопротеиды чрезвычайно широко распространены. Они встречаются в составе протоплазмы клеток, в плазме крови, в составе различных тканей и форменных элементов клетки. Наиболее хорошо изучены липопротеиды плазмы крови. Липопротеиды плазмы подразделяются на две группы: 1) белки, связанные с липидами ковалентными связями; 2) белки, связанные с липидами нековалентными связями. Липиды, ковалентно связанные с белком, служат якорем, с помощью которого белки прикрепляются к липидным мембранам. Липопротеины второй группы не имеют строго определенного состава. Они представляют собой шаровидные комплексы, в ядре которых находятся липиды, а оболочка построена из белка. С помощью этих комплексов осуществляется транспорт нерастворимых в воде липидов с током крови к клеткам организма. 6. Нуклеопротеиды – сложные белки, открытые в 1869 г. Ф. Мишером в ядрах клеток. Отсюда и название – протеиды ядер. Он же показал, что нуклеопротеиды состоят из белка и простетической группы, которую он назвал нуклеином (в настоящее время нуклеиновые кислоты). С химической точки зрения нуклеопротеиды представляют собой солеобразные соединения между основными белками гистонами или протаминами и кислыми нуклеиновыми кислотами. По форме молекулы белки подразделяют на глобулярные и фибриллярные. Молекулы глобулярных белков свернуты в компактные глобулы сферической или эллипсоидной формы. Молекулы фибриллярных белков образуют длинные волокна (фибриллы) и обладают высокой симметрией. Большинство глобулярных белков, в отличие от фибриллярных, растворимы в воде. Особую группу составляют мембранные (амфипатические) белки, характеризующиеся неравномерным распределением гидрофильных и липофильных участков в молекуле. Погруженная в фосфолипидную мембрану часть молекулы белка содержит преимущественно липофильные аминокислотные остатки, а выступающая из мембраны в водную среду – гидрофильные. По биологическим функциям белки делятся на следующие. 1. Ферменты – высокоспецифические биокатализаторы биохимических реакций, лежащих в основе обмена веществ, мышечного сокращения, нервной проводимости и жизни клетки в целом. В настоящее время известно более двух тысяч ферментов. 2. Структурные белки – основа костной и соединительной тканей, шерсти и роговых образований. Они же формируют остов клеточных органелл, например коллаген, гликопротеиды. 3. Сократительные белки – белки, по единому механизму обеспечивающие работу мышц, движение жгутиков, расхождение хромосом при делении клетки, например актин, миозин. 4. Регуляторные белки делятся на две группы: 1) гормоны – вещества, которые секретируются эндокринными железами и осуществляют регуляцию биохимических и биофизических процессов в клетках и организме в целом, например пролактин, соматотропин; 2) регуляторы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. 5. Рецепторные белки располагаются на наружной поверхности плазматической мембраны и воспринимают действие различных сигналов внешней среды (5 органов чувств), а также регуляторные сигналы организма, в том числе гормональные, генерируя при этом электрический импульс. Эти белки играют важную роль в передаче нервного возбуждения и в хемотаксисе (ориентированное движение клеток). 6. Транспортные белки делятся на две группы: 1) системные транспортные белки – переносчики различных нерастворимых в воде веществ с током крови, например, гемоглобин осуществляет перенос кислорода, альбумин перенос липидов; 2) мембранные белки – переносчики простых веществ и ионов (ионные каналы) осуществляют перенос через клеточные мембраны. 7. Белки биоэнергетической системы осуществляют преобразование и утилизацию энергии, поступающей в организм с пищей, а также энергии солнечного излучения, например цитохромы, родопсин. 8. Иммуноглобулины отвечают за иммунитет и обеспечивают защиту высших организмов от действия болезнетворных факторов. 9. Белки системы свертывания крови, например тромбин, фибрин. 10. Пищевые и запасные белки обеспечивают развитие и функционирование организмов, например казеин, проламины. 1.2.2.3.3. Физико-химические свойства белков Физико-химические свойства белков определяются их высокомолекулярной природой, компактностью укладки полипептидных цепей и взаимным расположением остатков аминокислот. Молекулярная масса белков варьирует от 5∙103 Да до 106∙Да. Максимум поглощения белков в УФ-области спектра, обусловленный наличием ароматических аминокислот, находится вблизи 280 нм. Максимум поглощения, обусловленный наличием атома азота пептидной группы, лежит в зоне 185-240 нм. В ИК-спектрах белков наблюдаются полосы поглощения около1600 и в зоне 3100-3300 см-1. В растворах белки амфотерны. Изоэлектрические точки белков могут иметь значения от <1,0 (у пепсина) до 10,6 (у цитохрома с) и выше. Боковые группы аминокислотных остатков способны вступать во многие реакции, характерные для аминокислот. Белки дают ряд цветных реакций, обусловленных наличием определенных аминокислотных остатков или химических группировок. К важнейшим из них относятся биуретовая реакция (пептидная связь), ксантопротеиновая реакция (ароматические ядра остатков тирозина, триптофана, фенилаланина), Миллона реакция и Фолина-Чиокалтеуреакция (фенольный радикал тирозина), Паули реакция (имидазольное кольцо гистидина), Сакагучи реакция (гуанидиновая группа аргинина) и нингидриновая реакция (аминогруппа). Сущность всех этих реакций рассмотрена в разделе «Химические свойства аминокислот». Следует заметить, что реакция с сульфатом меди, характерная как для белков, так и для α-аминокислот, дает разные прояления: белки дают с биуретовым реактивом фиолетовое окрашивание, а α-аминокислоты – синее. Это различие в окраске комплексов обусловлено различием в их строении. Медные комплексы с аминокислотами имеют хелатное строение. Медные комплексы с белками образуются путем замены атома водорода, образующего вородную связь между пептидными фрагментами. 1.2.2.3.4. Выделение белков Первым этапом выделения белков является получение соответствующих органелл (рибосом, митохондрий, ядер, цитоплазматических мембран), что осуществляется с помощью дифференциального центрифугирования. Далее белки переводят в раствор путем экстракции буферными растворами солей и детергентов, иногда – 70-80%-ным спиртом. Затем осуществляют фракционное осаждение белков неорганическими солями (обычно (NH4)2SO4), этанолом, ацетоном или путем изменения рН, ионной силы, температуры раствора. Для предотвращения денатурации работу проводят при пониженной температуре (обычно около 4°С). С целью исключения протеолиза используют ингибиторы протеаз. Иногда белки стабилизируют многоатомными спиртами, например глицерином, сахарозой и др. Дальнейшую очистку выделенных продуктов проводят по схемам, специально разработанным для отдельных белков. Наиболее распространенными методами разделения являются гель-хроматография, ионообменная и адсорбционная хроматография. Наиболее эффективными методами разделения в настоящее время являются жидкостная хроматография высокого давления и аффинная хроматография. Критерием чистоты белка является гомогенность при электрофорезе, хроматографии и ультрацентрифугировании. Контрольные вопросы, задачи и упражнения
|