Как найти белок химия

Существуют несколько несложных способов, как определить белок. Для этого воспользуемся некоторыми его характерными свойствами.

Одна из групп, на которые разделяются все существующие белки – это белки альбумины. Эта группа наиболее распространена и наиболее известна. К альбуминам относится белок из куриных яиц, содержится в крови человека и животных, а также в растениях, мышцах и молоке.

Чтобы определить эту группу белка, воспользуемся её свойствами растворимости в воде. Если альбумины нагревать – они изменяют свою структуру, то есть «сворачиваются».

Итак, попробуем определить белок. Используем, например, сыворотку коровьей крови или яичный сырой белок. Поместим его в кастрюльку, можно разбавить водой и буден нагревать на медленном огне до кипения. Растворим немного соли в белковом растворе и прильём немного Оцет (уксусную кислоту).

В результате реакции увидим, что из раствора будут выпадать белые хлопья.

Определить белок можно и другим простым способом: белок изменяют структуру под воздействием спирта, поэтому достаточно к белковому раствору прилить такой же объём спирта. Так же, как и в предыдущем случае, мы увидим выпадение белка в виде белых хлопьев.

А вот следующий интересный опыт можно назвать ещё и полезным. Определить белок можно, используя соли тяжёлых металлов. Например, соль меди, железа, свинца (медный купорос CuSO₄, хлориды железа FeCl₂, FeCl₃, нитрат свинца Pb(NO₃)₄ и др.). Если к водному раствору белка добавить одну (или несколько) таких солей, то выпадает осадок химического соединения белка с тяжёлым металлом. Для нашего организма, да и для организма животных соли тяжёлых металлов – ядовитые вещества, способствующие разрушению белка!

Определить белок также можно с помощью действия не него минеральных кислот (кроме ортофосфорной H₃PO₄). Если в пробирку налить азотную кислоту, а затем, осторожно, по стенке пробирки капнуть раствор белка, то по окружности стенки пробирки образуется белое кольцо выпавшего белка.

Ещё одна группа белков, называемая глобулинами – в отличии альбуминов не – растворяется в воде. Глобулины хорошо растворимы, если в растворе присутствуют соли. Содержатся глобулины в некоторых частях растений, молоке и мышцах живых организмов. К тому же установлено, что глобулины, выявленные в растениях, растворяются в 70% спирте!

И ещё одна группа белков – склеропротеины, к которым относятся ткани живых организмов, например, ногти, волосы, роговица глаза, а также костные ткани, рога животных и шерсть. Склеропротеины не растворяются в воде и не растворяются в спирте, но при их обработке сильными растворами кислот они приобретают способность растворяться, при этом частично разлагаться.

Глобулины и склеропротеины можно определить с помощью ксантопротеиновой реакции. Это цветная реакция определения белка, при которой, если нагреть пробу, содержащую белок, то проба изменит цвет на жёлтый. Затем при нейтрализации кислоты щёлочью цвет поменяется на оранжевый.
Такую реакцию, возможно, некоторым уже приходилось наблюдать на собственном опыте, когда на кожу попадала азотная кислота.

Следующая реакция по определению белка – биуретовая, которая заключается в добавлении разбавленного раствора натриевой или калиевой щёлочи к раствору белка. В тот же раствор необходимо добавить несколько капель раствора медного купороса. Наблюдаем изменение цвета раствора на красный, затем фиолетовый и сине-фиолетовый.

Если белок длительно нагревать в растворе кислот, то он будет расщепляться на составляющие – пептиды, затем до составляющих его аминокислот, что применяют в промышленности для приготовления приправ к пище.

1.
Биохимия
– это наука, изучающая качественный и
количественный состав, а также пути,
способы, закономерности, биологическую
и физиологическую роль превращения
вещества, энергии и информации в живом
организме.

Задача
врача
заключается в том, чтобы предотвратить
развитие патологического процесса в
организме и ее решение возможно лишь
при своевременной и правильной
диагностике, назначении адекватного
лечения, которое возможно лишь в том
случае, если врач понимает сущность
происходящего в организме.

1.
Познание молекулярных механизмов
физиологических, генетических и
иммунологических процессов жизнедеятельности
в норме и при патологии и действии на
организм различных факторов.

2.
Совершенствование методов профилактики,
диагностики и лечения заболеваний.

3.
Разработка новых лекарственных средств,
нормализующих обменные процессы.

4.
Разработка научных основ, рационального,
сбалансированного питания, здорового
образа жизни.

В
зависимости от объекта исследования
или направления исследования биохимию
подразделяют на такие разделы как:

–
общая биохимия
которая изучает общие вопросы химических
основ жизнедеятельности различных
организмов

–
бионеорганическая химия
изучающая роль и значение в процессе
жизнедеятельности комплексов
неорганических ионов с органическими
соединениями

–
биоорганическая химия исследующая
физико-химические основы функционирования
живых систем

–
биохимия человека и животных, (растений,
микроорганизмов)

–
техническая биохимия, изучающая
состав пищевых продуктов, химическую
основу технологических процессов их
хранения, переработки и т.д.

–
сравнительная (эволюционная) биохимия
которая исследует биохимические процессы
в сравнительном (эволюционном) аспекте

–
радиационная биохимия изучает
биохимические основы радиационного
повреждения и способы его профилактики
в живой организме

–
медицинская
(клиническая) биохимия
исследует биохимические основы
патологических процессов.

Метод	Характеристика (пример)
Исследование на уровне целого организма	1. удаление органа (гепатэктомия) 2. изменение диеты (голодание, усиленное питание) 3. прием лекарств 4. введение токсинов 5. наблюдение за животными со специфическими заболеваниями (сахарный диабет) 6. использование сложным методов (ЯМР-спектроскопия и др.)
Перфузия изолированных органов	наиболее пригодны сердце, печень, почки
Инкубация тканевых срезов	чаще используются срезы печени
Инкубация целых клеток	наиболее пригодны клетки крови и печени
Изучение гомогенатов	1. работа с бесклеточными препаратами 2. можно удалять или добавлять различные вещества и наблюдать за результатами 3. можно фракционировать различные органеллы путем дифференциального центрифугирования
Исследование изолированных органелл	широко используются митохондрии, микросомы, рибосомы и др.
Субфракционирование изолированных органелл	например митохондрий для выделение комплексов дыхательной цепи
Выделение и характеристика ферментов и метаболитов	обязательно при описании любой химической реакции и метаболического пути
Клонирование генов, кодирующих ферменты и др. белков	исследование особенностей структуры и регуляции гена и первичной структуры белка, кодируемой этим геном

В 10 – 13 вв. в
Европе с развитием алхимии стал
накапливаться материал о составе
органических соединений.

В 14 – 17 вв. получила
развитие ядрохимия. Важнейшим
представителем был Парацельс. Он
предположил, что в основе всех
заболеваний лежит нарушение хода
химических реакций и что лечить их
надо тоже химическими веществами.

Ядрохимия
дала много практического для медицины.
Кроме этого ятрохимия поддерживала
виталистические взгляды.

В
17 – 18 вв. широкое признание получила
теория, которая объясняла процессы
горения выделением из горящего тела
особого невесомого вещества и была
опровергнута Ломоносовым и Лавуазье,
которые открыли закон сохранения
энергии.

В
1828 г. Ф. Вёлер впервые синтезировал
мочевину, открыв тем самым эпоху
органического синтеза.

В
1839 г Ю. Либих установил, что в состав
пищи входят белки, жиры и углеводы.

В
1845 г. Г. Кольбе синтезировал уксусную
кислоту

В
1854 г М. Бертло синтезировал жиры.

В
1861 г А.М. Бутлеров синтезировал углеводы.

В
1847 г. Ходнев издал первый учебник
биохимии.

В
1903 г. было введено понятие «биохимия».

До 20-х годов
получила развитие биохимия углеводов
и липидов.

30-е
годы – биохимия втаминов и гормонов.

40-50-е
годы – биохимия ДНК, РНК, белков.

Основоположником
отечественной биохимии является
профессор Александр Яковлевич Данилевский
(1839-1923), который в 1863 г. создал первую
кафедру биохимии в Казанском университете,
создал первую русскую школу биохимиков.

Значение
БХ для врача сводится к тому, чтобы
решать на молекулярном= уровне задачи
фундаментальные, общебиологические,
включая проблему зависимости человека
от экосистемы, которую необходимо не
только понимать, но защищать и научиться
разумно ею пользоваться.

2.
БЕЛКИ – это
ВМС, состоящие из аминокислот (всего
20) и имеющие 4 уровня структурной
организации, а в настоящее время
выделяют еще и пятый уровень.

Уровни
структурной организации, формы и размеры
белковых молекул.

ПЕРВИЧНАЯ
СТРУКТУРА
– это последовательность аминокислот
в полипептидной цепи. Стабильность
обусловлена ковалентными пептидными
связями, возможно участие небольшого
числа дисульфидных связей. Первичная
структура имеет ряд особенностей:

1.
Ее стабильность обусловлена ковалентными
пептидными связями, возможно участие
небольшого числа дисульфидных связей.

2.
В полипептидной цепи могут быть
обнаружены разнообразные комбинации
аминокислот.

3.
Каждый индивидуальный белок является
уникальной первичной структурой и
замены аминокислот приводят к изменению
физикохимических и биологических
функций.

4.
В некоторых ферментах, обладающих
близкими свойствами встречаются
сходные последовательности аминокислот
(в частности активных центров).

ВТОРИЧНАЯ
СТРУКТУРА
– конфигурация полипепидной цепи, то
есть наибольшее свертывание полипептидной
цепи в спиральную конформацию. Так
как возникла двойная связь, то вращение
затрудняется и формируется водородная
связь, что приводит к возникновению
спиральной конформации полипептидной
цепи (а
–спирали).
Существует также в-конформация
вторичной структуры (две или более
полипептидных цепей, расположены
параллельно между этими цепями точно
образуются водородные связи)

ТРЕТИЧНАЯ
СТРУКТУРА
– пространственная ориентация
полипептидной цепи в определённом
объёме в(трёхмерном пространстве).
Основной движущей силой в возникновении
третичной структуры является
взаимодействие радикалов аминокислот
с молекулами воды. При этом полярные
гидрофобные радикалы аминокислот
как бы вталкиваютя внутрь белковой
молекулы, образуя там «сухие» зоны, в
то время как полярные гидрофильные
радикалы оказываются ориентированными
в сторону воды.

Под
четвертичной
структурой
белка понимают способ укладки в
пространстве отдельных полипептидных
цепей, обладающих одинаковой (или
разной) первичной, вторичной и третичной
структурой, и формирование единого
макромолекулярного образования в
структурном и функциоанльном отношении.
Каждая отдельно взятая полипептидная
цепь, которая называется протомером,
чаще всего не обладает биологической
активностью. Эту способность белок
приобретает при объединении с другими
протомерами. Образовавшуюся при этом
молекулу называют мультимером.
Мультимерные белки чаще всего
построены из чётного числа протомеров.
Функционально активная часть мультимера
называется субъеденицей.

ПЯТЫЙ
УРОВЕНЬ
организации
представлен в виде ферментных
комплексов, которые катализируют
цепной и метаболический путь. Эти
комплексы называются метаболонами,
они чаще связаны с клеточными
мембранами.

3.
Большое число
белков и их многообразие требует создания
классификации белков. Чаще всего
пользуются функциональной классификацией,
разделяя их по выполняемым ими функциям
(см выше).

Можно разделить
белки по степени сложности их молекул
на простые и сложные. Простые построены
только из аминокислот, а сложные содержат
в своем составе дополнительные небелковые
группы. Такие группы называют
простетическими.

По форме белковой
молекулы белки делят на глобулярные
(шаровидные) и фибриллярные (нитевидные).

По растворимости
в воде выделяют водорастворимые,
солерастворимые, нерастворимые в воде.
Последние характерны для биологических
мембран.

Классификация.
Выделяют
две группы белков:

простые
(протеины);
построены только из аминокислот и
при гидролизе распадаются только на
аминокислоты: альбумины, гистоны,
глобулины, проламины, протеиноиды;

сложные
(протеиды);
состоят из простого белка и небелкового
комплекса (протетической группы):
фосфопротеиды, хромопротеиды,
нуклеопротеиды, гликопротеиды,
липопротеиды.

Простые белки
построены только из аминокислот. Сложные
белки содержат небелковые компоненты

3
структура белка.
Для уникального пространственного
расположения атомов в молекуле белка
(укладки полипептидной цепи в пространстве),
которое “запрограммированно” самой
аминокислотной и поэтому образуется
самопроизвольно, тем не менее нужны
помощники. Эти помощники также являются
белками и получили название шапероны.
Впервые они были открыты как “белки
теплового шока” (hsp
60 и hsp
70). Их функция заключается в защите
складывающейся полипептидной цепи от
взаимодействия с другими многочисленными
клеточными белками и, возможно, в
ускорении этого процесса.

Функции
белков:

1.Каталтическая
(обеспечивает поток вещества, энергии,
информации: около 2500 ферментов
являются

белками).

2.
Транспортная (гемоглобин переносит
кислород и углекислый газ, альбумины,
трансферин, церулоплазмин).

3.
Трофическая (резервная: альбумины, белки
мышц, козеин, избыток белка превращается
в липиды и углеводы).

4.
Сократительная (локомоторная: актин,
миозин).

5.
Пластическая (структурная: коллаген,
кератин, эластин).

6.
Регуляторная (гормоны, альбумины
регулируют осмотическое давление,
водно-солевой баланс).

7.
Защитная (интерфферон, протромбин,
фибриноген).

8.
Рецепторная (белки являются рецепторами,
с помощью которых происходит восприятие
сигнала из внешней среды).

9.
Энергетическая.

Кроме
всего этого белок – это главный
злемент регуляции наследственного
материала, генератор энергетического
топлива в организме.

4.
Под влиянием
различных физических и химическх
факторов белки подвергаются свёртыванию
и выпадают в осадок, теряя свои
нативные свойства. Денатурация
– это изменение общего плана (конформации)
уникальной структуры нативной молекулы
белка, приводящее к потере биологических
функций и физико- хмических свойств
(растворимости).

Факторы,
вызывающие денатурацию:

1. Температура
(большинство белков денатурирует при
нагревании до 60 градусов).

2. Ионизирующее
излучение.

3. Химические
факторы:

а) концентрированные
кислоты и щёлочи;

б) водоотнимающие
растворы;

в) тяжёлые
металлы;

г) гемолитические
яды.

Механизм
денатурации.

В
основе денатурации лежит освобождение
энергии, которое возникает в результате
разрушения связей (в основном
водородных, дисульфидных). Пептидные
связи не затрагиваются, поэтому
первичная структура сохраняется. При
этом происходит освобождение
гидрофобных участков и понижается
растворимость, так как гидрофобные
участки взаимодействуют друг с другом.
За счёт дополнительной энергии
образуются случайные беспорядочные
структуры. При непродолжительном
действии и быстром удалении
денатурирующего агента возможна
Ренатурация
белка с
полным восстановлением исходной
структуры и нативных свойств.

Признаки
денатурации:

1. снижение
растворимости, особенно в ИЭТ, и вязкости
белковых растворов;

2. освобждение
функциональных СН – групп;

3. изменение
характера рассеивания рентгеновских
лучей;

4. снижение или
потеря биологической активности
(каталитической, антигенной, гормональной).

Состояние,
близкое к денатурации, наблюдается
при взаимодействии антитела с антигеном.

Практическое
использование денатурации:

1. используя
   процесс денатурации в мягких условиях,
   его используют для получения и
   хранения ферментов в низких
   температурах.

2. явление
   денатурации используют в пищевой
   промышлености (для получения яичного
   порошка, консервов).

3. в
   медицине денатурацию используют для
   осаждения чужеродных белков, при
   ожогах, обморожениях.

Количественное
определение общего белка в сыворотке
крови биуретовым методом.

В
пробирку вносят 0,05 мл сыворотки крови,
а затем – 2,5 мл биуретового раствора.
Осторожно перемешивают. Через 30 минут
в кювете при зелёном светофильтре
(540 нм). Концентрацию исследуемого
раствора сравнивают с графиком
концентрации белка. Нормальное
содержание белка в сыворотке у взрослых
6,5% – 8,5%, у детей – 5,6%- 8,55%.

Принцип
метода. В
щелочной среде пептидные связи белка
образуют с ионами двухвалентной меди
комплекс фиолетового цвета. Интенсивность
окраски раствора прямо пропорциональна
концентрации белка, определяемой
фотометрически.

Клинико-диагностическое
значение. Нормальное
содержание белка в сыворотке крови у
взрослых людей – 65–85 г/л, у детей –
58–85 г/л.

Повышенное содержание
белка (гиперпротеинемия) встречается
редко (при ревматизме, плазмоцитозе).
Пониженное содержание белка
(гипопротеинемия) – при злокачественных
опухолях, дистрофии.

Рефрактометрический
метод:

В основе лежит
не одинаковая способность различных
сред преломлять проходящие через
них лучи света. Отношение sin
угла падения к sin угла
преломления называется коэффициентом
преломления. Попадатель
преломления вычисляется при помощи
рефрактометра и соответственно этому
значению находится процент содержания
белка в сыворотке по таблице.

Для количественного
анализа белков можно использовать
определение белкового азота. Для этого
пробу сжигают при высокой температуре
в присутствии серной кислоты и перекиси
водорода (окислитель). Происходит
минерализация, при этом азот в форме
аммиака связывается серной кислотой
(сульфат аммония). Количество сульфата
аммония определяют или с реактивом
Несслера, или после перегонки аммиака
титрометрически.

Значительно чаще
для количественного определения
используют цветные реакции (биуретовую
или реакцию на фенольные группы Lowry).
Биуретовая реакция основана на том, что
в щелочной среде ионы меди реагируют с
пептидными группировками, образуя
комплексные соединения, окрашенные в
фиолетовый цвет. Интенсивность окраски
фотометрируется. Сочетание биуретовой
реакции и реакции на фенольные группировки
используется в методе Lowry.

Для количественного
определения индивидуальных белков в
сложных смесях белков большой популярностью
пользуются иммунологические методы.
При взаимодействии белка со специфической
антисывороткой образуется мутный
раствор. Интенсивность помутнения может
быть измерена колориметрическими
методами.

6.
Многие белки в своем составе, помимо
аминокислот, могут содержать и небелковые
компоненты. Такие небелковые соединения
в составе белков получили название
простетических
групп. В
зависимости от химического состава
простетической группы сложные белки
можно разделить на несколько классов:

1.
Хромопротеины.
Это белки, простетическая группа которых
имеет окраску. К ним относятся многие
белки, содержащие металлы. Например,
церулоплазмин – белок, содержащий медь,
имеет синюю окраску. Белок, переносящий
витамин B₁₂,
имеет розовый цвет (этот витамин содержит
кобальт в своем составе). Хорошо изучены
белки, содержащие железо: гемоглобин,
миоглобин, цитохромы. Они имеют красную
окраску. Присутствие витамина B₂
придает белкам желтый цвет (флавопротеины).

2.
Гликопротеины.
Это белки, простетическая группа которых
содержит углеводы. Гликопротеины – это
небольшая часть белково-углеводных
комплексов, к которым относятся также
протеогликаны и мукопротеины. Этим
белкам принадлежит важная роль в
структурной организации клеток и тканей,
они выполняют защитные функции. Основная
часть внеклеточных белков – это
гликопротеины.

3.
Липопротеины.
Это белки, простетическая группа которых
содержит липиды. Они обеспечивают
транспорт липидов в крови, являются
компонентами биологических мембран.

4.
Металлопротеины.
Это белки, частично перекрывающиеся с
хромопротеинами. Простетичская группа
у них представлена металлами. Они
транспортируют или участвуют в
депонировании металлов (ферритин,
трансферрин).

5.
Нуклеопротеины.
Простетическая группа у таких белков
– нуклеиновая кислота. Различают
дезоксирибонуклеопротеины (простетическая
группа – ДНК) и рибонуклеопротеины
(простетичесая группа – РНК). Им принадлежит
важная роль в сохранении, передаче и
реализации генетической информации.

6.
Фосфопротеины.
Белки, которые содержат в своем составе
фосфорную кислоту, популярны в клетке
потому, что процесс фосфорилирования
является способом влияния на конформацию
белка и поэтому используется в системах
регуляции процессов жизнедеятельности.

Простетические
группы соединяются разными типами
связей. Так для нуклеопротеинов
характерной является ионная связь, у
гликопротеинов и фосфопротеинов
преобладает ковалентная связь, у
липопротеинов – силы гидрофобного
взаимодействия, металлопротеинов –
донорно-акцепторные связи.

Аллостерические
эффекторы. Влияние
эффекторов на ферменты можно объяснить
просто, добавив к сказанному выше, что
у фермента есть два центра связывания
лигандов. Роль одного лиганда будет
выполнять субстрат, взаимодействующий
с активным центром, а второй лиганд –
эффектор, связывающийся со специальным
аллостерическим центром.

Регуляция
активности с помощью гормонов.

Гормональная
регуляция осуществляется на генетическом
уровне путём обратимого фосфорилирования.
Например, под действием адреналина
происходит активация процесса распада
гликогена. В ходе этого процесса
образуется небелковое соединения –
у-АМФ. у-АМФ – внутриклеточный гормон
(вторичный посредник) является
аллостерическим регулятором большого
числа протеинлипаз. у-АМФ образуется
из АТФ под действием аденилатциклаз.

7. Ферменты,
как и белки, делятся на 2 группы: простые
и сложные.
Простые целиком и полностью состоят
из аминокислот и при гидролизе образуют
исключительно аминокислоты. Их
пространственная организация ограничена
третичной структурой. Это в основом
ферменты ЖКТ: пепсин, трипсин, лизацим,
фосфатаза. Сложные ферменты кроме
белковой части содержат и небелковые
компоненты. Эти небелковые компоненты
отличаются по прочности связывания
с белковой частью (аллоферментом).
Если константа диссоциации сложного
фермента настолько мала, что в растворе
все полипептидные цепи оказываются
связанными со своими небелковыми
компонентами и не разделяются при
выделении и очистке, то небелковый
компонент называется простетической
группой и
рассматривается как интегральная
часть молекулы фермента.

Под
коферментом
понимают
дополнительную группу, легко отделяющуюся
от аллофермента при диссоциации. Между
аллоферментом и простейшей группой
существует ковалентная связь, довольно
сложная. Между аллофермнтом и
коферментом существует нековалентная
связь (водородные или электростатические
взаимодействия). Типичными представителями
коферментов являются :

В₁
– тиамин; пирофосфат (он содержит В)

В₂
– рибофлавин; ФАД, ФНК

РР
– НАД, НАДФ

Н
– биотин; биозитин

В₆
– пиридоксин; пиридоксальфосфат

Пантотеновая
кислота: коэнзим А

Многие
двухвалентные металлы (Cu,
Fe,
Mn,
Mg)
тоже выполняют роль кофакторов,
хотя и не относятся ни к коферментам,
ни к простетическим группам. Металлы
входят в состав активного центра
или стабилизируют оптимальный вариант
сруктуры активного центра.

Кофакторы
– любой фактор влияющий на активность
фермента (многие двухвалентные металлы
(Сu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Мg2+, Ca2+)). Металлы входят
в состав активного центра или стабилизируют
оптимальный вариант структуры активного
центра. Fe²⁺,
Fe³⁺
гемоглобин,
каталаза, пероксидаза.

Строение НАД и
НАДФ.

НАД и НАДФ являются
коферментами пиридинзависимых
дегидрогеназ. Способность НАД и НАДФ
играть роль точного переносчика
водорода связана с наличием в их структуре
амида никотиновой кислоты.

В
клетках НАД – зависимые дегидрогеназы
участвуютв процессах переноса
электронов от субстрата к О. НАДФ –
зависимые дегидрогеназы играют роль в
процессах биосинтеза. Поэтому коферменты
НАД и НАДФ отличаются по внутриклеточной
локализации: НАД концентрируется в
митохондриях, а большая часть НАДФ
находится в цитоплазме.

Строение
ФАД и ФМН.

ФАД и ФМН являются
простетическими группами флавиновых
ферментов. Они очень прочно, в отличие
от НАД и НАДФ, присоединяются к
аллоферменту. Активной частью
молекулы ФАД и ФМН является
изоаллоксадиновое кольцо рибофлавин,
к атомам азота которого могут
присоединятся 2 атома водорода.

9.
Активный
(субстратный) центр
– зто совокупность функциональных
групп, расположенных в разных участках
полипептидной цепи, но близко структурно
и функционально ориентированных (в
процессе укладки третичной структуры)
и имеющих прямое отношение к катализу.
Этот центр состоит из функциональных
групп и радикалов: SH
– (цистеин), – ОН (серин), – СООН (аспарагин),
имидазольное кольцо гистидина и
фенилаланина.

Активный
центр включает в себя:

1) каталитический
участок или центр, непосредственно
взаимодействующий с субстратом,
осуществляющий катализ;

2)
контактная площадка, осуществляющая
специфическое сродство фермента к
субстрату и является местом фиксации
субстрата к поверхности фермента;

3) включительные
участки – карман, ложбинки.

Предполагается, что
формирование активного центра фермента
начинается уже на ранних этапах
синтеза белка-фермента на рибосомах,
когда линейная однотипная структура
полипептидной цепи превращается в
трёхмерное тело строго определённой
конфигурации, точнее активный центр
формируется из функциональ – ных групп
различных аминокислот.

У
олигомерных ферментов (имеющих
четвертичную структуру) имеются центры
аллостерической
регуляции
– это участки связывания фермента с
низким молекулярным веществом
(эффектором или модификатором), имеющим
иную, чем субстраты или продукт,
структуру (АТФ, АДФ, НАД, промежуточные
метаболиты.

Присоединение
эффектора к аллостерическому центру
приводит к изменению третичной
структуры и соответственно конфигурации
активного центра, вызывая снижение
или повышение энзиматической активности.
В связи с этим существует и два
пространственно удалённых аллостерических
центра: активации и ингибирования.
Ферменты, активность которых
контролируется состоянием как
активного, так и аллостерического
центров, называютсяаллостерическими
ферментами.

Все ферменты и
метаболиеские процессы компартментализованы
(раздельны и изолированы). В нормальной
клетке находится около 1000 ферментов.
Упорядоченное взаимодействие ферментов
достигается путём многоуровневой
регуляции и компартментализации. Зная
локализацию ферментов в клетке и
определяя их активность в крови,
можно судить о степени деструкции
ткани.

Ядро:
локализованы
РНК – полимеразы, НАД – синтетаза,
ферменты, участвующие в репликации
ДНК.

Митохондрии:
ферменты
тканевого дыхания, окислительного
фосфорилирования, ферменты в-окисления
жирных кислот, цикла Кребса, синтеза
мочевины.

Лизосомы:
гидролитические
ферменты с оптимумом рН в области
5 (пептиды, эстеразы).

Рибосомы:
ферменты
белкового синтеза.

ЭПС:
ферменты
синтеза липидов, ферменты гидроксилирования,
ферменты детоксикации (метилирования,
ацетилирования), коньюгации.

Мембраны:
Na
–K
–АТФаза, аденилатциклаза, ферменты
транспорта субстратов.

Цитоплазма:
ферменты
гликолиза, активации аминокислот,
синтеза жирных кислот.

Мультиферментные
системы локализуются в структуре
органелл таким образом, что каждый
фермент располагается в непосредственной
близости от следующего фермента
данной последовательности реакции.
Благодаря также компартментализации
в клетке могут одновременно протекать
2 несовместимых процесса: в-окисление
жирных кислот в митохондриях и синтез
жирных кислот в цитоплазме).

Под
органоспецифичностью
понимают наличие
метаболических путей, присущих только
данному органу. Следовательно,
органоспецифические
ферменты – это
ферменты, катализирующие определённые
метаболические пути, присущие
определённому органу.

Хотя
органы и имеют различные выражения
того или иного пути, они имеют важное
значение для диагностики многих
заболеваний путём определения их
активности. Так, для печени характерна
высшая активность АЛаТ, АсаТ,
сорбитдегидрогеназа, ГДГ. Причём
активность АЛаТ выше, чем АСаТ, так
как АСаТ лучше спрятана во внутренних
печёночных структурах.

Почки
– щелочная фосфатаза.

Простата
– кислая фосфатаза.

Миокард
– ЛДГ₁,
ЛДГ₂,
НН и НВ изоферменты.

При
нарушении целостности тканей этих
органов, ферменты выделяются в сыворотку
крови, где их активность резко
возрастает. В зависимости от того,
активность какого фермента возросла,
можно судить не только о локализации
патологического процесса, но и о
степени его тяжести. Но для более
конкретной и точной диагностики
заболевания (для определения
интенсивности и глубины повреждения
ткани) нужны маркёрные
ферменты,
принадлежащие определённой конкретной
органелле.

10.
Фермент взаимодействует с субстратом
согласно этим трём теориям:

1-й
этап: происходит ориентация субстрата
относительно субстратного центра
фермента и его постепенное

«
причаливание » к « якорной» площадке.

2-й
этап: жёсткая фиксация на « якорной»
площадке и подгонка структур активного
центра к структурам субстрата.

3-й
этап: непосредственный катализ.

E

S ——– P + Q

0
) S + E =====ES ===== E + P

подстадии
1) E + S =====ES

2)ES
=====ES*
(новая модификация субстрата)

3)
ES*=====ES**

4)
ES**======ES***

5) ES***=====EP

6) EP======E + P

Эта
теория промежуточных соединений,
согласно которой после образования
ЕS-комплекса
продолжает насыщаться субстратом до
тех пор, пока субстрат не превратится
в продукт, после чего происходит
отщепление Е от образовавшегося из
S
продукта (Р).

В
реакциях анаболизма А + В —– АВ фермент
иожет соединяться как с одним, так
и с другим субстратом, или с обоими
субстратами:

ЕА

Е
ЕАВ —–Е + АВ

ЕВ

В
реакциях катаболизма: АВ ——– А + В

1. АВ
   + Е ——- АВЕ

2. АВЕ
   ——- А + ВЕ АВ + Е —— А + В + Е

3. ВЕ
   ——- В + Е

В
образовании фермент –субстратного
комплекса учавствуют водородные связи,
электростатические и гидрофобные
взаимодействия, а также в ряде случаев
ковалентные и координационные связи.

Следует
отметить, что для каталитической
активности фермента существенное
значение имеет пространственная
структура активного центра, в которой
жёсткие участки а-спиралей
чередуются гибкими, эластичными
линейными отрядами, которые обеспечивают
динамичность, пластичность, способность
изменяться под действием субстрата,
что и лежит в основе теории «
индуцированного» соответствия. Причём
для каталитического процесса
существенное значение имеет не только
пространственная комплементарность
между ферментом и субстратом, но и
наличие электростатического соответствия,
обусловленного спариванием противоположно
заряженных групп субстрата и активного
центра фермента. С термодинамической
точки зрения ферменты ускоряют
химические реакции за счёт энергии
активации.

Энергия
активации – энергия,
необходимая для перевода всех молекул
моля вещества в активное состояние
при данной температуре, то есть энергия,
которая необходима молекуле, чтобы
преодолеть энергетический барьер.
Фермент снижает энергию активации
путём увеличения числа активированных
молекул, которые становятся
реакционноспособными на более низком
энергетическом уровне, то есть
снижается и энергетический барьер.

Кривая,
характеризующая ход неферментативных

реакций.

Кривая,
характеризующая ход ферментативных

реакций.

Общая
теория ферментативного катализа
постулировала, что фермент Е сначала
обратимо и относительно быстро связывается
с со своим субстратом S в реакции:

E
+ S = ES, Образовавшийся
при этом фермент-субстратный комплекс
ES затем распадается в второй более
медленной (лимитирующей) стадии реакции:
ES = Е + Р.

Теория
промежут связей:

1.Е+S=ES

2.ES=ES*

3.ES*=ES**

4.ES**=EP

5.EP=E+P

Этапы
фермент катализа:

1
этап:
происходит сближение и ориентация
субстрата относительно субстратного
центра фермента
и его постепенное «причаливание» к
«якорной»
площадке.

2
этап:
напряжение и деформация: индуцированное
соответствие – происходит присоединение
субстрата, которое вызывает конформационные
изменения в молекуле фермента приводящие
к напряжению структуры активного центра
и деформации связанного субстрата.

3
этап:
непосредственный катализ.

3.8.2. Белки

Белки — высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков аминокислот, соединённых в длинную цепочку пептидной связью.

В состав белков живых организмов входит всего 20 типов аминокислот, все из которых относятся к альфа-аминокислотами, а аминокислотный состав белков и их порядок соединения друг с другом определяются индивидуальным генетическим кодом живого организма.

Одной из особенностей белков является их способность самопроизвольно формировать пространственные структуры характерные только для данного конкретного белка.

локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи в спирали

пространственная ориентация полипептидной спирали или способ ее укладки определенном объеме в глобулы (клубки) или фибриллы (нити)

Из-за специфики своего строения белки могут обладать разнообразными свойствами. Например, белки, имеющие глобулярную четвертичную структуру, в частности белок куриного яйца, растворяются в воде с образованием коллоидных растворов. Белки, обладающие фибриллярной четвертичной структурой в воде не растворяются. Фибриллярными белками, в частности, образованы ногти, волосы, хрящи.

Химические свойства белков

Гидролиз

Белок + nH₂O => смесь из α-аминокислот

Денатурация

Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка без разрушения его первичной структуры называют денатурацией. Денатурация белка может протекать под действием растворов солей натрия, калия или аммония – такая денатурация является обратимой:

Денатурация же протекающая под действием излучения (например, нагрева) или обработке белка солями тяжелых металлов является необратимой:

Так, например, необратимая денатурация белка наблюдается при термической обработке яиц в процессе их приготовления. В результате денатурации яичного белка его способность растворяться в воде с образованием коллоидного раствора исчезает.

Качественные реакции на белки

Биуретовая реакция

Если к раствору, содержащему белок добавить 10%-й раствор гидроксида натрия, а затем небольшое количество 1 %-го раствора сульфата меди, то появится фиолетовое окрашивание.

раствор белка + NаОН_{(10%-ный р-р)} + СuSO₄ = фиолетовое окрашивание

Ксантопротеиновая реакция

растворы белка при кипячении с концентрированной азотной кислотой окрашиваются в желтый цвет:

раствор белка + HNO_3(конц.) => желтое окрашивание

Источник

Chemistry48.Ru

Сайт учителя химии и биологии МБОУ СОШ №2 с.Казаки Елецкого р-на Липецкой обл. Радиной М.В.

В предстоящих нам опытах ограничимся простыми качественными реакциями, которые позволят нам понять характерные свойства белков.

Одну из групп белков составляют альбумины, которые растворяются в воде, но свертываются при длительном нагревании полученных растворов. Альбумины содержатся в белке куриного яйца, в плазме крови, в молоке, в мышечных белках и вообще во всех животных и растительных тканях. В качестве водного раствора белка лучше всего взять для опытов белок куриного яйца.

Можно использовать и сыворотку коровьей или свиной крови. Осторожно нагреем раствор белка до кипения, растворим в нем несколько кристаллов поваренной соли и добавим немного разбавленной уксусной кислоты. Из раствора выпадают хлопья свернувшегося белка.

К, нейтральному или, лучше, к подкисленному раствору белка добавим равный объем спирта (денатурата). При этом тоже осаждается белок.

К пробам раствора белка добавим немного раствора сульфата меди, хлорида железа, нитрата свинца или соли другого тяжелого металла. Образующиеся осадки свидетельствуют о том, что соли тяжелых металлов в больших количествах ядовиты для организма.

Проблема создания синтетической пищи не только для животных, но и для человека — одна из главнейших в современной органической химии. Важнее всего научиться получать именно белки, потому что углеводами нас обеспечивает сельское хозяйство, а увеличить запас пищевых жиров можно хотя бы за счет отказа от использования для технических целей. В нашей стране в этом направлении работает, в частности, академик А. Н. Несмеянов с сотрудниками. Им уже удалось получить синтетическую черную икру, более дешевую, чем природная, и не уступающую ей по качеству.

Сильные минеральные кислоты, за исключением ортофосфорной, осаждают растворенный белок уже при комнатной температуре. На этом основана очень чувствительная проба Геллера, выполняемая следующим образом. Нальем в пробирку азотную кислоту и пипеткой осторожно добавим по стенке пробирки раствор белка так, чтобы оба раствора не перемешивались. На границе слоев появляется белое кольцо выпавшего белка.

Другую группу белков образуют глобулины, которые не растворяются в воде, но легче растворяются в присутствии солей. Их особенно много в мышцах, в молоке и во многих частях растений. Глобулины растений растворяются также в 70 %-ном спирте.

В заключение упомянем еще одну группу белков — склеропротеины, которые растворяются только при обработке сильными кислотами и при этом претерпевают частичное разложение. Из них состоят, в основном, опорные ткани организмов животных, то есть это белки роговицы глаз, костей, волос, шерсти, ногтей и рогов.

Большинство белков можно распознать с помощью следующих цветных реакций. Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что проба, содержащая белок, при нагревании с концентрированной азотной кислотой приобретает лимонно-желтую окраску, которая после осторожной нейтрализации разбавленным раствором щелочи переходит в оранжевую. Эта реакция основана на образовании ароматических нитросоединений из аминокислот тирозина и триптофана. Правда, подобную окраску могут давать и другие ароматические соединения.

При проведении биуретовой реакции к раствору белка добавляют разбавленный раствор гидроксида калия или натрия (едкого кали или едкого натра) и затем по каплям раствор сульфата меди. Появляется вначале красноватая окраска, которая переходит в красно-фиолетовую и далее в сине-фиолетовую.

Подобно полисахаридам, белки при длительном кипячении с кислотами расщепляются сначала до низших пептидов, а затем до аминокислот. Последние придают многим блюдам характерный вкус. Поэтому кислотный гидролиз белков притеняется в пищевой промышленности для изготовления заправок для супов.

Источник

Белки

Белки (полипептиды) – биополимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.

Образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации α-аминокислот:

Макромолекулы белков имеют стереорегулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.

Структуры белков

Химические свойства белков

Качественные реакции на белки

Денатурация белка

Это разрушение структуры белка при нагревании, изменении кислотности среды, действии излучения, спирта, тяжелых металлов, радиации.

Пример денатурации — свертывание яичных белков при варке яиц.

Денатурация бывает обратимой и необратимой.

Анализируя продукты гидролиза, можно установить количественный состав белков.

Источник

Как определить белок

Существуют несколько несложных способов, как определить белок. Для этого воспользуемся некоторыми его характерными свойствами.

Одна из групп, на которые разделяются все существующие белки – это белки альбумины. Эта группа наиболее распространена и наиболее известна. К альбуминам относится белок из куриных яиц, содержится в крови человека и животных, а также в растениях, мышцах и молоке.

Чтобы определить эту группу белка, воспользуемся её свойствами растворимости в воде. Если альбумины нагревать – они изменяют свою структуру, то есть «сворачиваются».

Итак, попробуем определить белок. Используем, например, сыворотку коровьей крови или яичный сырой белок. Поместим его в кастрюльку, можно разбавить водой и буден нагревать на медленном огне до кипения. Растворим немного соли в белковом растворе и прильём немного Оцет (уксусную кислоту).

В результате реакции увидим, что из раствора будут выпадать белые хлопья.

Определить белок можно и другим простым способом: белок изменяют структуру под воздействием спирта, поэтому достаточно к белковому раствору прилить такой же объём спирта. Так же, как и в предыдущем случае, мы увидим выпадение белка в виде белых хлопьев.

А вот следующий интересный опыт можно назвать ещё и полезным. Определить белок можно, используя соли тяжёлых металлов. Например, соль меди, железа, свинца (медный купорос CuSO₄, хлориды железа FeCl₂, FeCl₃, нитрат свинца Pb(NO₃)₄ и др.). Если к водному раствору белка добавить одну (или несколько) таких солей, то выпадает осадок химического соединения белка с тяжёлым металлом. Для нашего организма, да и для организма животных соли тяжёлых металлов – ядовитые вещества, способствующие разрушению белка!

Определить белок также можно с помощью действия не него минеральных кислот (кроме ортофосфорной H₃PO₄). Если в пробирку налить азотную кислоту, а затем, осторожно, по стенке пробирки капнуть раствор белка, то по окружности стенки пробирки образуется белое кольцо выпавшего белка.

И ещё одна группа белков – склеропротеины, к которым относятся ткани живых организмов, например, ногти, волосы, роговица глаза, а также костные ткани, рога животных и шерсть. Склеропротеины не растворяются в воде и не растворяются в спирте, но при их обработке сильными растворами кислот они приобретают способность растворяться, при этом частично разлагаться.

Глобулины и склеропротеины можно определить с помощью ксантопротеиновой реакции. Это цветная реакция определения белка, при которой, если нагреть пробу, содержащую белок, то проба изменит цвет на жёлтый. Затем при нейтрализации кислоты щёлочью цвет поменяется на оранжевый.
Такую реакцию, возможно, некоторым уже приходилось наблюдать на собственном опыте, когда на кожу попадала азотная кислота.

Если белок длительно нагревать в растворе кислот, то он будет расщепляться на составляющие – пептиды, затем до составляющих его аминокислот, что применяют в промышленности для приготовления приправ к пище.

Источник

Урок «Качественное определение белков в продуктах»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

• Развивающие:
Создать содержательные и организационные условия для развития у обучающихся:
— умений проводить анализ, синтез и на их основе обобщение и выводы;
— навыков безопасной работы с лабораторным оборудованием и реактивами;
— умения ставить цель и планировать свою деятельность;

— Содействовать осознанию обучающимися ценности изучаемых предметов в профессиональной деятельности.
— Обеспечить развитие умения работать самостоятельно и вдвоем, выслушать мнение одногруппников, доказывать свое мнение ;

Оборудование и реактивы: ящики для реактивов, растворы гидроксида натрия, сульфата меди ( II ), концентрированная азотная кислота, раствор куриного белка, штатив с пробирками, спиртовки, спички, пробиркодержатели, мясной фарш, хлеб, клубень картофеля, молоко (домашнее и магазинное), творог, сметана, отварной горох, гречка, дистиллированная вода.

I. Организационный момент.

Преподаватель профцикла : Здравствуйте ребята! Мы приветствуем также и наших гостей!

II. Сообщение темы и цели урока. (слайд №1)

Преподаватель химии: На предыдущих занятиях по химии мы начали знакомиться с белками и узнали об их строении и функциях в организме

Преподаватель профцикла: А изучая профессиональные модули научились готовить блюда из продуктов, в состав которых входят белки .

Преподаватель химии: Скажите ребята, а что бы вы еще хотели узнать о белках как химических веществах.

(Предполагаемый ответ: Узнать химические свойства белка)

С помощью каких реакций можно определить наличие белка в продуктах)

Преподаватель профцикла: Хорошо, а со стороны технологии приготовления пищи?

(Предполагаемый ответ: Какие изменения происходят с белками при приготовлении пищи?-)

I II . Изучение нового материала:

(Предполагаемый ответ:изменится цвет, плотность, запах, вкус) Преподаватель химии: Причем такие же изменения происходят с белком если на него действовать солями тяжелых металлов, кислотами, спиртами.

И называется этот процесс-денатурация белка . (слайд № 3)

Преподаватель профцикла : А где же это свойство проявляется в технологии приготовления пищи:

Преподаватель химии: А теперь давайте познакомимся с о качественными реакциями на белок. Что значит качественная реакция?

(Предполагаемый ответ: это такая с помощью которой можно распознать вещество)

1. Ксантопротеиновая реакция (на бензольные кольца, содержащиеся в некоторых аминокослотах). Под действием концентрированной HNO3 белки окрашиваются в желтый цвет. Слайд №5

2. Биуретовая реакция (на обнаружение группы –CONH–). Если к небольшому количеству раствора белка прилить немного NaOH и по каплям добавлять раствор СuSO4, то появляется красно-фиолетовая окраска. (слайд №6 )

Преподаватель профцикла : А ели не проводить опыт откуда мы берем информацию о наличии белка в продукте?

(Предполагаемый ответ: из информации на этикетке с составом, там пишут…)

Преподаватель химии: А вот сейчас вы сами попробуете определять наличие белка и его относительное количество в продуктах- этим займется группы лаборантов. А группа других экспертов будет изучать наличие белка по информации, данной производителем.

(выполнение работы в парах по вариантам по инструктивным картам)

Группа экспертов- лаборантов :

Инструктивная карта: К небольшому количеству выданного продукта прилить немного NaOH и по каплям добавлять раствор СuSO4.

Вариант № 1: молоко домашнее и магазинное

Вариант №5: Мясо, кубик бульонный Магги

Вариант №7: Картофель сырой

2 Группы экспертов- теоретиков :

Изучить состав выданных продуктов обозначенный производителем, подтвердить или опровергнуть выводы лаборантов.

Содержание белка в 100г продукта, г

Обсуждение результатов. Выводы:

Преподаватель химии: (обращается к преподавателю профцикла) Получается, что большим по количеству белка является животная пища. Может тогда вообще отказаться от растительных белка и есть мясо вместо каш?

(Предполагаемый ответ: №1 Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Если белки молока, молочных продуктов, яиц усваиваются на 96%, мяса и рыбы – на 93–95%, то белки хлеба – на 62–86%, овощей – на 80%, картофеля и некоторых бобовых – на 70%. Однако смесь этих продуктов биологически более полноценная.
Важное значение имеет также кулинарная обработка продуктов. При умеренном нагревании пищевых продуктов, особенно растительного происхождения, усвояемость белков несколько возрастает. При интенсивной тепловой обработке усвояемость снижается.
Преподаватель химии: Спасибо!

1. Почему при отравлении людей солями тяжелых металлов: Нg, Аg, Си, Рb и др. в качестве противоядия используют яичный белок?
(Ионы тяжелых металлов, попавшие в организм, в желудочно-кишечном тракте связываются с белками в нерастворимые соли и выводятся наружу, не успев причинить вреда (вызвать денатурацию) белкам, из которых построен организм человека).

2. Почему при тепловой обработке мяса и рыбы происходит уменьшение массы готовой продукции?
( Под действием температуры происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой молекулы (денатурация). Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белка не меняются. При денатурации белки теряют влагу (разрушаются водородные связи), что приводит к уменьшению массы готового продукта.)

Что нам удалось узнать?

Что было самыми интересным сегодня?

Кто хочет кого-нибудь похвалить?

VI . Дз. Решить задачу : Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г белка на 1 кг массы тела в день. Зная свою массу, определите суточную норму потребления белка для своего организма .

Источник

Содержание:

Белки:

Белки входят в состав всех живых организмов и выполняют важнейшие функции в обеспечении жизнедеятельности всего живого на Земле.

Белки содержатся в ядре и протоплазме всех растительных и животных клеток. Они составляют основу костной и соединительных тканей человека и животных, а также основу шерсти, роговых образований. Белки есть в коже, крови, нервных тканях. Содержание белков в пересчете на сухое вещество в растительных организмах достигает в среднем 15 %, а в животных — 50 %.

В основе важнейших процессов жизнедеятельности живого организма лежит функционирование белков. Белки выполняют разнообразные биологические функции: каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), структурные (коллаген), двигательные (миозин), транспортные (гемоглобин), защитные (интерферон), запасные (казеин) и др. Среди белков встречаются антибиотики и вещества, оказывающие токсическое действие.

Строение белков

Белки — это природные высокомолекулярные соединения, полипептиды, построенные из остатков

Практически все белки построены из 20 видов

В белковых молекулах остатки аминокислот связаны пептидной связью

В начале XX в. немецкий химик Э. Фишер доказал, что белки построены из остатков -аминокислот, связанных пептидной связью.

Белковая молекула может содержать от одной до нескольких сотен, а иногда и более тысячи аминокислотных остатков, поэтому относительные молекулярные массы белков могут составлять от нескольких десятков тысяч до десятков миллионов.

Молекулы многих белков имеют не только значительные относительные молекулярные массы, но и большие размеры (табл. 36).

Таблица 36. Относительные молекулярные массы и размеры молекул некоторых белков

Различают три уровня организации белковых молекул — первичную, вторичную, третичную структуры.

Каждый индивидуальный белок имеет свою строгую последовательность аминокислотных остатков. Последовательность аминокислотных остатков в линейной полипептидной цепи называют первичной структурой молекулы белка. Такая структура определяет порядок повторяемости аминокислотных остатков и выражает химическое строение белков, например:

Возможности образования различных первичных структур неисчислимы. В организме человека большинство белков содержит сотни аминокислотных остатков. В настоящее время расшифрована первичная структура значительного числа белков, в том числе и очень сложного строения (рис. 100), содержащих 1400 и более аминокислотных остатков. Первый белок, у которого была расшифрована первичная структура (1955), — инсулин, гормон, регулирующий содержание глюкозы в крови. Инсулин содержит всего 51 аминокислотный остаток, но на установление его структуры потребовалось почти десять лет.

Полипептидная цепь обычно свернута в спираль. Несмотря на плоскую жесткую структуру пептидной связи, в полипептидной цепи имеются места, допускающие свободное вращение вокруг одинарных связей (рис. 101). Благодаря этому в результате изгибания и сворачивания полипептидной цепи возможно взаимодействие между ее отдельными участками. Это взаимодействие приводит к образованию водородных связей между группами  которые регулярно чередуются вдоль оси спирали. Водородные связи между этими группами способствуют образованию регулярной спиралевидной структуры, которая и называется вторичной структурой белковой молекулы (рис. 102). В одном витке -спирали укладывается четыре аминокислотных остатка.

Лайнус Карл Полинг

        (1901—1994)

Американский химик. Один из авторов модели альфа-спирали молекулы белка. Нобелевский лауреат (1954) за исследование природы химической связи. Нобелевский лауреат премии Мира (1962) за вклад в борьбу против атмосферных испытаний ядерного оружия.

В расшифровке вторичной структуры белков принимали участие многие выдающиеся ученые различных стран. В середине XX в. было доказано существование в белке вторичной структуры, в том числе -спирали, предсказанной Л. Полингом, который за исследование природы химической связи в 1954 г. получил Нобелевскую премию.

В процессе закручивания полипептидной цепи в спираль функциональные группы могут строго определенным способом взаимодействовать между собой с образованием дисульфидных

сложноэфирных и других мостиков. Кроме того, между карбонильными и аминогруппами, а также с участием обеих групп и молекул воды возникают водородные связи. В результате этого спираль как бы изгибается, происходит стабилизация структуры, напоминающей по форме клубок. Такая структура называется третичной (рис. 103), именно она обусловливает специфическую биологическую активность белковой молекулы.

Белки — природные высокомолекулярные полипептиды, построенные из остатков -аминокислот, соединенных пептидной связью.

Каждый индивидуальный белок характеризуется специфической последовательностью остатков -аминокислот и индивидуальной пространственной структурой.

Различают первичную, вторичную, третичную структуры белков.
 

Свойства белков

Физические свойства: Различают белки твердые, жидкие, полужидкие (студнеобразные). Твердые белки нерастворимы в воде и солевых растворах. Жидкие и полужидкие белки растворяются в воде и солевых растворах. Растворимость белков также связана с их молекулярной массой и строением. Белки, имеющие небольшую массу, растворяются в воде лучше. Примером может быть белок альбумин, содержащийся в яичном белке.

Белки принято подразделять по их растворимости на глобулярные (от лат. globulus — шарик) — растворимые в воде или образующие в ней коллоидные растворы, например такие белки, как гемоглобин, ферменты, многие гормоны, и фибриллярные (от лат. fibrilla— волоконце, ниточка)— нерастворимые вводе, например такие белки, как коллагены (белки, содержащиеся в коже и соединительных тканях), эластины (белки, содержащиеся в легких, артериях), кератины (белки, содержащиеся в волосах, ногтях).

Химические свойства: 1) Важное свойство белка — способность подвергаться гидролизу. Ферментативный, кислотный или щелочной гидролиз белков проходит последовательно с образованием полипептидов и затем пептидов все меньшей молярной массы, а далее аминокислот, из которых построен индивидуальный белок. Рассмотрим для примера схему гидролиза участка молекулы белка:

В процессе гидролиза разрушаются все пептидные связи белковых молекул. Это процесс, обратный процессу синтеза белков. Белки пищи в желудке и кишечнике подвергаются гидролизу до аминокислот под действием ферментов.

2) При действии сильных кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, радиации и нагревании происходит разрушение пространственной структуры белка с сохранением его первичной структуры, т.е. без разрыва пептидных связей. Это явление называют денатурацией (слово «денатурация» происходит от лат. denature, de — отделение и nature — природа). Один из примеров денатурации белка известен практически каждому человеку. Это пример «свертывания» яичных белков при варке яиц (рис. 104). В процессе денатурации белок теряет свойственные ему качества. Денатурация белка, как правило, процесс необратимый.

3) При сильном нагревании может происходить не только денатурация, но и разложение молекул белка с образованием летучих веществ, обладающих специфическим запахом.

Белки горят с образованием азота, углекислого газа, воды, а также некоторых других веществ. Горение белков сопровождается характерным запахом жженых перьев. Если сжигать шерстяные или шелковые нити, то на конце нити образуется шарик черного цвета, который легко растирается в порошок.

4) Белки дают ряд цветных реакций, обусловленных наличием в их составе определенных аминокислотных остатков или химических группировок   К важнейшим цветным реакциям относится универсальная биуретовая реакция. Если к раствору любого белка в щелочной среде прилить раствор соли двухвалентной меди, то наблюдается сине-фиолетовое окрашивание, указывающее на наличие в белках пептидных связей (рис. 105, а).

Биуретовая реакция может использоваться не только для качественного обнаружения белков в растворе, но также для определения концентрации белков.

Существует также несколько специфических цветных реакций, указывающих на наличие в составе остатков аминокислот белка конкретных группировок атомов. Так, если раствор белка обработать концентрированной азотной кислотой, то появится желтая окраска. Эта реакция доказывает наличие бензольных колец в остатках аминокислот и называется ксантопротеиновой (от греч. ксантос — желтый) (рис. 105, б).

Роль белков как питательных веществ: В организме человека содержатся тысячи различных индивидуальных белков, которые синтезируются в организме и отличаются по структуре от белков, поступающих с пищевыми продуктами. Основой для синтеза индивидуальных белков являются те аминокислоты, из остатков которых состоят белки пищи.

Под влиянием ферментов, содержащихся в желудке и кишечнике, белки пищи подвергаются гидролизу. Конечным результатом гидролиза являются аминокислоты. Эти аминокислоты через лимфу поступают в кровь, которая доставляет их во все ткани и клетки организма. Некоторые аминокислоты, необходимые человеку для синтеза собственных белков и не содержащиеся в пищевых продуктах, могут синтезироваться из других, близких по строению, аминокислот. Но существует десять аминокислот, которые организм человека не может синтезировать из других, поэтому они должны обязательно поступать с белком пищи. Такие кислоты получили название незаменимые. К ним относятся фенилаланин, треонин, лизин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, триптофан, гистидин и аргинин.

Большая часть аминокислот расходуется на синтез собственных белков человека, который происходит с поглощением энергии под действием специфических ферментов. Часть аминокислот подвергается постепенному распаду и окислению. Эти процессы идут с выделением энергии.

Различают белки твердые, жидкие, полужидкие.

Белки подвергаются гидролизу, денатурации; им свойственны цветные реакции, по которым можно качественно различать белки.

Белковая пища должна обязательно входить в ежедневный рацион питания человека, так как продукты ее гидролиза — аминокислоты — являются основой синтеза индивидуальных специфических белков человека.