Степик Биохимия Белков

Question 1

Белки

Answer 1

– это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.

Название «протеины» (от греч. protos – первый, важнейший), по-видимому, более точно отражает первостепенное биологическое значение этого класса веществ.

Question 2

Особенности белков

Answer 2

Особенности белков, которые отличают их от других полимеров, что обусловлено наличием вариабельной части:

1. Высокая видовая специфичность.
2. Динамическая структура молекулы за счет внутримолекулярного взаимодействия.
3. Способность отвечать на внешнее воздействие изменением структуры (конформации) и возвращаться в исходное состояние после воздействия – процесс саморегуляции.
4. Наличие биокаталитических свойств.

Question 3

Элементный состав белков

Answer 3

Элементный состав белков в пересчете на сухое вещество преимущественно представлен 5 главными элементами: С - 50-54 %, О - 21- 23 %, N - 15-17 %, Н - 6,5 - 7,3 %, S - 0,3-2,5 %. В составе некоторых белков могут присутствовать также другие элементы, такие как Р, Fe, Сu, I, Hg, Zn и др. В большинстве белков имеется постоянное содержание азота, равное 16 %.

Question 4

Функции белков

Answer 4

Каталитическая (ферментативная) функция

Гормональная функция

Транспортная функция

Защитная функция

Сократительная функция

Структурная функция

Питательная (резервная) функция

Энергетическая функция

Рецепторная функция

Question 5

Каталитическая (ферментативная) функция белков

Answer 5

Ферменты катализируют биохимические процессы в организме. Например, фермент пепсин ускоряет гидролиз белков в желудке; фермент α-амилаза участвует в гидролизе крахмала и гликогена.

Question 6

Гормональная функция белков

Answer 6

Ряд гормонов представлен белками или полипептидами. Например, гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон регулируют уровень сахара в крови. Некоторые гормоны являются производными аминокислот (гормоны щитовидной железы тироксин, трийодтиронин).

Question 7

Транспортная функция белков

Answer 7

Растворимые белки образуют комплексы. Например, в транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови; в транспорте железа - белок трансферрин. Дыхательная функция крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина – белка эритроцитов.

Question 8

Защитная функция белков

Answer 8

Защитная функция белков проявляется в способности ряда белков плазмы крови, например фибриногена, к свертыванию.

Антитела (иммуноглобулины) вырабатываются в ответ на введение антигенов (иммунная защита).

Question 9

Сократительная функция белков

Answer 9

Белки мышечной ткани актин и миозин участвуют в акте мышечного сокращения.

Сократительная функция присуща также белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза).

Question 10

Структурная функция белков

Answer 10

Структурную (строительную) функцию выполняют такие белки, как коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудистой стенке и др. Белки способны образовывать комплексы с углеводами при формировании ряда секретов: мукоидов, муцина и т.д. В комплексе с липидами (фосфолипидами) белки участвуют в образовании биологических мембран клеток.

Question 11

Питательная (резервная) функция белков

Answer 11

Питательную функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода. Например, к ним относятся белки яйца (овальбумины), белок молока казеин.

Question 12

Энергетическая функция

Answer 12

В критических ситуациях организм жертвует своими белками, которые окисляются и выделяется 17,6 кДж энергии.

Question 13

Рецепторная функция белков

Answer 13

Во внутренней среде организма служат для взаимодействия с молекулами-биорегуляторами (сигнальными молекулами). Локализуются в мембранных структурах клеток или могут быть в растворенном состоянии.

Например, белок родопсин в сетчатке глаза

Question 14

Общая характеристика аминокислот

Answer 14

Выделяют 20 протеиногенных аминокислот. Все 20 аминокислот, встречающихся в белках, характеризуются общей структурной особенностью – наличием карбоксильной группы и аминогруппы, связанных с одним и тем же атомом углерода (α-углеродный атом). Различаются же аминокислоты только боковыми цепями (радикалами), которые у разных аминокислот неодинаковы по структуре, электрическому заряду и растворимости.

Question 15

Общая формула аминокислоты

Answer 15

NH2-CH-COOH (остов)
|
R (вариабельная часть)

Исключением является аминокислота пролин, радикал которой связан как с α-углеродным атомом, так и с аминогруппой, в результате чего молекула приобретает циклическую структуру.

Question 16

Оптическая активность

Answer 16

Особенностью аминокислот является то, что 19 из 20 аминокислот содержат в α-положении ассиметричный атом углерода, с которым связаны 4 разные заместители, т.е. обладают оптической активностью. Исключение составляет глицин, который не имеет ассиметричного атома углерода. В составе белков присутствуют только L-изомеры аминокислот.

Question 17

Биологическое значение аминокислот

Answer 17

1. Входят в состав белков и пептидов организма человека.
2. Из аминокислот образованы многие биологически активные вещества (биогенные амины, ГАМК, гормоны)
3. Являются предшественниками азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот и сложных липидов.
4. Участвуют в биосинтезе медиаторов в нервной системе (ацетилхолин, дофамин, серотонин, норадреналин).

Question 18

Классификация аминокислот по полярности их радикалов

Answer 18

1. Аминокислоты с неполярным (гидрофобным) радикалом (например, аланин, валин, лейцин, пролин, фенилаланин)

Данные аминокислоты придают белкам:

· Нейтральный характер
· Нейтральный заряд
· Нерастворимость
· Статические свойства

2. Аминокислоты с незаряженным, но полярным радикалом (например, метионин, серин, тирозин, цистеин)

Данные аминокислоты придают белкам:

· Нейтральный характер
· Нейтральный заряд
· Большую растворимость
· Динамические свойства

3.Аминокислоты с отрицательно заряженным радикалом (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота)

Данные аминокислоты придают белкам:

· Кислый характер
· Отрицательный заряд
· Хорошую растворимость
· Динамические функции

4.Аминокислоты с положительно заряженным радикалом (лизин, аргинин, гистидин)

Данные аминокислоты придают белкам:

· Основный характер
· Положительный заряд
· Растворимость
· Динамические свойства

Все аминокислоты принимают участие в стабилизации высших уровней организации белковой молекулы.

Question 19

Классификация аминокислот по химическому строению

Answer 19

1. Аминокислоты с алифатическим радикалом (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин)
2. Аминокислоты с алифатическим радикалом, содержащим дополнительную функциональную группу (серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин)
3. Аминокислоты с ароматическим радикалом (фенилаланин, тирозин)
4. Аминокислоты с гетероциклическим радикалом (триптофан, гистидин)
5. Иминокислота – пролин

Question 20

Классификация аминокислот по заменимости для организма

Answer 20

1. Заменимые аминокислоты - синтезируются организме.
2. Незаменимые аминокислоты - не синтезируются в организме или скорость их синтеза намного ниже скорости их распада (аргинин, триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин, лизин, метионин, гистидин). Причем аргинин и гистидин являются частично заменимыми аминокислотами.

Question 21

Кислотно-основные свойства аминокислот

Answer 21

Все аминокислоты в водных растворах существуют в виде биполярных ионов.

При растворении в воде аминокислоты способны функционировать либо как кислота,
либо как основание.

Кислотно-основный характер аминокислот передается белкам. Эти свойства аминокислот определяют многие физико-химические и биологические свойства белков.

Question 22

Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды

Answer 22

Для аминокислот характерно изоэлектрическое состояние, так как они способны изменять заряд в зависимости от рН среды.

Изоэлектрическое состояние – это состояние молекул, когда суммарный заряд равен нулю.

Суммарный заряд зависит от рН среды. То значение рН, при котором молекулы переходят в изоэлектрическое состояние, называют изоэлектрической точкой.

Question 23

Образование пептидных связей

Answer 23

Пептидная связь образуется между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой аминокислоты.

Question 24

Номенклатура белков

Answer 24

Наименование пептидов складывается из названия первой аминокислоты со свободной NH2-группой (с окончанием -ил, типичным для ацилов), названий последующих аминокислот (также с окончаниями -ил) и полного названия аминокислоты со свободной СООН-группой.

Question 25

Качественная реакция на пептидную связь

Answer 25

Впервые А.Я. Данилевский (1888), изучая биуретовую реакцию, высказал предположение о существовании во всех белковых веществах одинаковых групп атомов и связей, аналогичных биурету NH2—СО—NH—СО—NH2.

Биуретовая реакция является качественной реакцией на пептидную связь.

Для проведения данной качественной реакции в пробирке к 1-2 мл раствора белка прибавляют 30% раствор гидроксида натрия. Хорошо перемешивают и добавляют 2-3 капли 1% раствора сульфата меди. Снова тщательно перемешивают. Развивается окрашивание от красно-фиолетового до сине-фиолетового.

Далее (следующий шаг) представлен видео-опыт “Биуретовая реакция”

Question 26

Цветные реакции на аминокислоты

Answer 26

Далее представлены видео-опыты некоторых цветных реакций на аминокислоты.
Миллон

Question 27

Форма белковой молекулы

Answer 27

1. Глобулярные (шарообразные) белки – эллипсоидная форма, хорошо растворимы, легко перемещаются с током жидкости, выполняют динамическую функцию: ферментативную, гормональную, транспортную. Например, альбумины, глобулины, ферменты, гормоны, гемоглобин.

К глобулярным относят белки, соотношение продольной и поперечной осей которых не превышает 1:10, а чаще составляет 1:3 или 1:4, т.е. белковая молекула имеет форму эллипса.

2. Фибриллярные (нитевидные) белки– нитевидной формы, очень плохо растворимы или нерастворимы, выполняют статическую функцию: опорную, механическую. Например, коллаген, эластин, кератин, фибрин.

Фибриллярные белки имеют вытянутую, нитевидную структуру, в которой соотношение продольной и поперечной осей составляет более 1:10.

Question 28

Молекулярная масса белков

Answer 28

Молекулярная масса выражается в биохимии в Дальтонах.

Дальтон точно определяется как 1/12 массы нейтрального атома чистого изотопа 126С6

1Да =1,66033*10-27 кг

Например, Мr (пепсина) =35500Да, Мr (гемоглобин)=68000 Да, Мr (коллаген)=106Да

Question 29

Классификация белков по молекулярной массе

Answer 29

1. Пептиды (2-10 аминокислотных остатков) - глутатион 2 АМК, вазопрессин 9 АМК
2. Полипептиды (10-40 аминокислотных остатков) – глюкогон 29 АМК.
3. Собственно белки (>40 аминокислотных остатков) – соматотропный гормон >100 АМК.

Question 30

Растворимость белков

Answer 30

Растворимость белков зависит от:

1. формы белковой молекулы
2. аминокислотного остатка – чем больше полярных аминокислот, тем выше растворимость. Аминокислоты с гидрофобными радикалами уменьшают растворимость.
3. молекулярной массы – чем меньше молекулярная масса, тем выше растворимость.
4. заряда белковой молекулы – чем больше по абсолютному значению, тем выше растворимость.

Question 31

По растворимости белки делят:

Answer 31

1. растворимые (гемоглобин, пепсин, альбумин)
2. нерастворимые (кератин, эластин, коллаген)

Question 32

Свойства растворов белков

Answer 32

1. Растворы белков имеют очень низкое осмотическое давление, высокую вязкость и малую скорость диффузии.
2. Белки обладают способностью к набуханию в очень больших пределах.
3. Явление светорассеивания.
4. Молекулы белка не способны проникать через полупроницаемые мембраны.

Question 33

Кислотно-основный характер белков

Answer 33

Белки, как и аминокислоты, амфотерны благодаря наличию свободных аминогрупп и карбоксильных групп. Данные функциональные группы способны к ионизации. Суммарный заряд белковой молекулы будет зависеть от соотношения этих ионизированных групп. При рН=7 все свободные аминогруппы и карбоксильные группы белка находятся в ионизированном состоянии.

Изоэлектрическое состояние – это состояние молекулы белка, когда ее суммарный заряд равен нулю. Значение рН при котором белок приобретает суммарный нулевой заряд называется изоэлектрической точкой (рI).В изоэлектрической точке белки наименее устойчивы в растворе и легко выпадают в осадок. Зная аминокислотный состав белка, можно приближенно определить изоэлектическую точку. Для большинства белков животных тканей она находится в пределах от 5,5 до 7,0.

Question 34

В зависимости от соотношения карбоксильных групп и аминогрупп белки делят:

Answer 34

1. Нейтральные (гемоглобин, миоглобин, α-амилаза, коллаген) – в состав входят одинаковое количество NH2- и СООН-групп.

рI (гемоглобин)=7,07

рI (α-амилаза)=6,8-7,2

2. Анионные (кислые) – – количество СООН-групп больше количества NH2-групп (альбумины, глобулины, казеин молока, пепсин).

рI(альбумин)=4,6-4,8

рI(казеин)=4,5

рI(пепсин)=1,0

рI(инсулин)=5,35

3. Катионные (основные) – - количество СООН-групп меньше количества NH2-групп (гистоны, протамины, лизоцим, трипсин).

рI(гистон)=11

рI(лизоцим)=10,5-11,5

рI(трипсин)=8,5

Question 35

Реакции осаждения белков

Answer 35

1. Обратимое осаждение белков (высаливание) - это выпадение белка в осадок под действием определенных веществ, после удаления которых он вновь возвращается в свое исходное (нативное) состояние. Для высаливания белков используют насыщенные растворы нейтральных солей щелочных и щелочноземельных металлов (наиболее часто в практике используют сульфат натрия и аммония). Эти соли удаляют гидратную оболочку (вызывают обезвоживание) и снимают заряд, что приводит к выпадению белка в осадок.
2. Необратимое осаждение (денатурация) связано с глубокими внутримолекулярными изменениями структуры белка, что приводит в потере им нативных свойств (растворимости, биологической активности и др.).

Денатурирующие агенты:

физические (УФ, рентгеновское излучение, повышение температуры, удар, резкое сжатие);
химические (концентрированные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, спирты, формальдегид, алкалоиды).
Далее представлены видео-опыты осаждения белков.

Question 36

Реакции осаждения

Answer 36

С кислотами
Минеральными

Органическими

Солями тяжелый металлов

Question 37

Первичная структура белковой молекулы

Answer 37

Белковые молекулы представляют собой продукт полимеризации 20 различных мономерных молекул аминокислот, соединенных не хаотично, а в строгом соответствии с кодом белкового синтеза.

Первичная структура белковой молекулы – это характерное и постоянное для каждого белка число и последовательность соединенных полипептидной связью аминокислотных остатков.