Синтез белка происходит на рибосомах в виде первичной структуры, т.е. расположенных в определенном количестве и определенной последовательности аминокислот, соединенных пептидными связями, образованными карбоксильной и α-аминогруппами соседних аминокислотных остатков Пептидная связь - жесткая, ковалентная, генетически детерминированная.В структурных формулах изображается в виде одинарной связи: ,однако на самом деле эта связь между углеродом и азотом носит характер частично двойной связи:
Вокруг нее вращение невозможно и все четыре атома лежат в одной плоскости, т.е. компланарны. Вращение же других связей вокруг полипептидного остова достаточно свободно.
Первичная структура открыта в 1898 году профессором казанского университета Данилевским. В 1913 году Эмилем Фишером были синтезированы первые пептиды.
Такая последовательность аминокислот является уникальной для каждого белка и закреплена генетически. При нарушении процесса синтеза первичной структуры белка на рибосоме могут развиваться различные гететические заболевания. Например, при нарушении двух аминокислот в гемоглобине развивается серповидноклеточная анемия.
Для изучения аминокислотного состава белков пользуются сочетанием (или одним из них) кислотного (НСl), щелочного (Ва(ОН)2) и реже ферментативного гидролиза. Установлено, что при гидролизе чистого белка, не содержащею примесей, освобождается 20 различных а-аминокислот. Все другие открытые в тканях животных, растений и микроорганизмов аминокислоты (более 300) существуют в природе в свободном состоянии или в виде коротких пептидов или комплексов с другими органическими веществами.
α-аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у α -углерода, замещен на аминогруппу (-NH2), например: следует подчеркнуть, что все аминокислоты, входящие в состав природных белков являются а-аминокислотами, хотя аминогруппа в свободных аминикарбоновых кислотах может находиться, как увидим ниже, в β, γ, δ, ε -положениях.
9. Вторичная структура белков - α-спирали и β-структуры. Строение и функциональная роль доменов.
Вторичная структура - это пространственное расположение полипептидной цепочки в виде α-спирали или β-складчатости безотносительно к типам боковых радикалов и их конформации. Она стабилизирована водородными связями, которые замыкаются между пептидными, амидными (-N-H) и карбонидными (-C=O) группами, т.е. входят в пептидную единицу, и дисульфидными мостиками между остатками цистеина
Полинг и Кори предложили модель вторичной структуры белка в виде левозакрученной α-спирали, в которой водородные связи замыкаются между каждой первой и четвертой аминокислотой, что позволяет сохранять нативную структуру белка, осуществление им простейших функций, защищать от разрушения. На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, шаг спирали составляет 0,54 нм. В образовании водородных связей принимают участие все пептидные группы, что обеспечивает максимальную стабильность, снижает гидрофильность и увеличивает гидрофобность белковой молекулы. Альфа-спираль образуется самопроизвольно и является наиболее устойчивой конформацией, отвечающей минимуму свободной энергии
Полинг и Кори предложили и другую упорядоченную структуру - складчатый β-слой. В отличие от конденсированной α-спирали β- слои почти полностью вытянуты и могут располагаться как параллельно, так и антипараллельно
В стабилизации данных структур также принимают участие дисульфидные мостики и водородные связи.
Супервторичная структура - это более высокий уровень организации белковой молекулы, представленный ансамблем взаимодействующих между собой вторичных структур: α-спираль - два антипараллельных участка, взаимодействуют гидрофобными комплементарными поверхностями (по принципу впадина-выступ) αсα, сверхспирализация α-спирали, (βхβ)-элементы в глобулярных белках, представленные двумя параллельными β-цепями, связанные сегментом х, βαβαβ-элементы, представленные двумя сегментами α-спирали, вставленными между тремя параллельными β-цепями.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ
К ЗАНЯТИЯМ
ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
для студентов, обучающихся по специальности
Педиатрия
Часть I
Центральным методическим советом
Смоленской государственной медицинской академии
Смоленск
УДК: 612.015.
Рецензенты: доктор медицинских наук, профессор А.С. Соловьёв
доктор медицинских наук, профессор О.В. Молотков
Учебно-методическое пособие для самостоятельной подготовки к занятиям по биологической химии для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия.
Часть I / Т.Г. Макаренко, К.А. Магеенкова
Смоленск. СГМА. 2012. - 92 с.
Пособие содержит краткое изложение теоретического материала программы по биохимии, не вошедшего в лекционный курс, тесты для проверки знаний, ситуационные задачи, вопросы для экзаменов. В пособие вошли также профильные вопросы по особенностям обмена веществ у детей. Пособие состоит из двух частей в соответствии с учебным планом для III и IV семестров. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия.
Советом ГБОУ ВПО СГМА Росздрава РФ
Темы лекционного курса по биохимии (43 часа)
1. Введение в биохимию.
2. Структурная организация белков.
3. Физико-химические свойства белков.
4. Структура, механизм действия ферментов.
5. Свойства ферментов.
6. Внутримитохондриальное окисление. Энергетический обмен.
7. Внемитохондриальное окисление.
8. Общие пути катаболизма.
9. Анаэробное окисление углеводов.
10. Аэробное окисление углеводов. Глюконеогенез.
11. Пентозо - фосфатный путь.
12. Обмен триацилглицеринов и глицерофосфолипидов
13. Обмен холестерина, сфинголипидов.
14. Взаимосвязь обмена жиров и углеводов. Кетоновые тела.
15. Общие пути обмена аминокислот в тканях.
16. Пути обезвреживания аммиака в тканях.
17. Обмен фенилаланина и тирозина.
18. Обмен пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
19. Биохимия гормонов.
20. Биохимия эритроцитов. Обмен гемопротеидов.
21. Физико - химические свойства крови. Дыхательная функция крови.
22. Свёртывающаяи антисвёртывающая системы крови.
23. Водно - солевой обмен.
Материал для самостоятельной работы студентов
(72 часа внеаудиторной работы)
Пособие предназначено для внеаудиторной самостоятельной работы по биологической химии студентов педиатрического факультета.
Пособие включает краткое изложение материала учебной программы по биологической химии для студентов медицинских вузов, не вошедшего в аудиторный лекционный курс. Для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия, приводятся дополнительные сведения об особенностях обмена веществ у детей. Тестовые задания к темам занятий используются для промежуточного и итогового контроля знаний. Обсуждение ситуационных задач предполагается проводить на занятиях при участии преподавателя. В связи с этим комментарии к ситуационным задачам в пособии не приводятся. Пособие содержит перечень экзаменационных вопросов по биохимии.
Тема занятия №1
АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ. ГИДРОЛИЗ ПРОСТОГО БЕЛКА. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ
2. Цели самостоятельной работы : расширить представления о структурной организации белков
Усвоить биологические функции белков,
Дополнить сведения о первичной, вторичной, третичной, четвертичной структуре белков,
Ознакомиться с особенностями белкового состава тканей в организме детей,
Сформировать навык использования полученных знаний.
4. Перечень вопросов и заданий для самостоятельной работы
Белки - высокомолекулярные полимерные N-содержащие органические вещества, состоящие из аминокислот, соединённых пептидными связями, и имеющие сложную структурную организацию.
Термин «белки» обусловлен способностью этих соединений давать осадки белого цвета. Название «протеины» произошло от protos (греч.) – первый, важный, и отражает центральную роль этого класса веществ в организме.
Содержание белков в организме человека выше, чем содержание липидов, углеводов. От общей массы тканей (сырой массы) оно составляет 18 – 20%. Преобладание в тканях белков по сравнению с другими веществами выявляется при расчёте содержания белков на сухую массу тканей – 40 – 45%. Содержание белков в различных тканях колеблется в определённом интервале. Наиболее высоко содержание белков в скелетных мышцах (18 – 23% от сырой массы или 80% от сухой массы ткани). Низким содержанием белков отличается жировая ткань (6% сырой массы или 4% сухой массы ткани).
В детском возрасте общее количество белков в организме, их состав иные, чем у взрослых людей. В организме плода общее содержание белков не превышает 10% . У новорожденных оно составляет 10 – 12% массы тела. В период новорожденности наблюдается усиление процессов распада белков для энергетических целей. В силу этого содержание белков временно снижается. В раннем детском возрасте преобладают незрелые растворимые структурные белки. С возрастом усиливается их дифференцировка в зрелые функциональные белки.
Биологические функции белков разнообразны. Они связаны с высокой специфичностью белков, способностью взаимодействовать с различными лигандами, рецепторами, структурами клеток.
· Пластическая (структурная) функция – белки входят в состав всех клеточных структур вместе с нуклеиновыми кислотами, липидами, углеводами.
· Энергетическая - 1 г белков обеспечивает образование около 4 ккал
· Регуляторные функции:
а) ферментативная – более 2 000 белков являются биологическими катализаторами, регулируя скорость химических реакций в организме
б) гормональная – некоторые гормоны, регулирующие биохимические и физиологические процессы в организме, относятся к белкам
в) белки гистоны в составе хроматина регулируют активность генов ДНК
г) внутриклеточный белок кальмодулин регулирует активность различных ферментов
· Защитная (иммунная) функция. Некоторые белки (иммуноглобулины, интерферон, лизоцим) обладают способностью связывать чужеродные для организма вещества.
· Специфические функции:
а) сократительная (белки мышц актин и миозин)
б) фоторецепторная (белок сетчатки родопсин)
в) свёртывание крови (фактор свёртывания крови фибриноген)
г) рецепторная – белки входят в состав клеточных рецепторов
Химический состав белков
Элементарный состав белков достаточно разнообразен. В них содержатся многие химические вещества. Однако обязательными химическими элементами являются углерод (51 – 55%), кислород (21 – 23%), азот (16% - наиболее постоянная величина), водород (6- 7%) и сера (0,5 – 2%)
Аминокислотный состав белков . В состав природных белков входят α аминокислоты, которые отличаются структурой радикала у α- углеродного атома.
Тесты
1. В состав природных белков входят химические элементы: Кальций. Углерод. Хлор. Водород. Натрий. Азот. Калий. Кислород. Сера .
Углерод. Водород. Азот. Кислород. Сера.
3. К существенным изменениям биологических свойств белков ведут замены аминокислот:
Глютамат на аспартат. Глютамат на валин.Триптофан на глютамат. Валин на лейцин. Глицин на аспартат. Фенилаланин на триптофан. Серин на треонин. Глицин на аланин.
4. Об окончании гидролиза белка можно судить:
По растворению осадка денатурированного белка. По исчезновению мутности гидролизата. По положительной биуретовой реакции. По положительной нингидриновой реакции. По отрицательной нингидриновой реакции. По положительной реакции Адамкевича. По отрицательной биуретовой реакции.По результатам формольного титрования.
5. Третичную структуру белка стабилизируют связи:
Гидрофобные . Пептидные. Дисульфидные. Ионные . Водородные.
6. Вторичную структуру белков стабилизируют связи:
Дисульфидные. Пептидные. Ионные. Гидрофобные. Водородные.
7. Полярными функциональными группами белков являются:
Карбоксильные. Метильные. Фенольные. Аминные. Карбонильные. Индольные.
8. В образовании пептидной связи участвуют функциональные группы аминокислот:
Эпсилон-аминные. Альфа - аминные. Бета - карбоксильные. Гамма -карбоксильные. Альфа - карбоксильные. Тиоловые.
9. Основополагающей структурой, т.е. определяющей более высокие уровни структурной организации белка, является:
Первичная. Вторичная. Третичная. Четвертичная.
10. Выраженная видовая специфичность белков с одинаковыми природными биологическими свойствами обусловлена:
Принципиальными различиями в аминокислотном составе. Существенными различиями в молекулярной массе. Особенностями пространственной структуры молекул. При схожести первичных структур отдельными равноценными аминокислотными заменами. При схожести первичных структур отдельными неравноценными аминокислотными заменами. Различиями состава небелковых компонентов.
11. Преимущественно на поверхности белковой молекулы расположены аминокислоты:
Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Обе группы аминокислот. Ни одна из этих групп
12. Преимущественно в глубине белковой молекулы расположены аминокислоты:
Неполярные аминокислоты . Полярные аминокислоты. Ни одна из этих групп. Обе группы аминокислот
13. В формировании 3-ой структуры белка участвуют:
Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Обе группы аминокислот . Ни одна из этих групп
14. Причиной изменения сродства гемоглобина к кислороду является:
Изменение третичной структуры протомеров. Изменение взаиморасположения протомеров. Кооперативные изменения конформации протомеров
15. Верно ли данное положение?
Εпсилон - аминогруппа лизина участвует в образовании пептидной связи
Да. Нет. Верный ответ отсутствует
16. Верно ли данное положение?
Радикалы серина и валина обладают гидрофильными свойствами
Да. Нет. Верный ответ отсутствует
17. Шапероны участвуют главным образом в образовании и поддержании:
Первичной структуры белков. Третичной структуры белков . Вторичной структуры нуклеиновых кислот
20%. 10-12%. 5%
Ситуационные задачи
1. На фрагменте пептида: Тир - Цис - Лей – Вал – Асп - Ала
назовите, радикалы каких аминокислот могут участвовать в образовании связей:
Гидрофобных. Ионных. Дисульфидных
2. На фрагменте пептида: Тир – Цис – Лей – Вал – Асп - Ала
укажите, в образовании каких уровней структурной организации белка участвуют связи, образованные радикалами данных аминокислот
3. В крови студента-африканца, поступившего в клинику с жалобами на одышку, головокружение, учащённое сердцебиение и боли в конечностях, в крови обнаружены эритроциты, имеющие форму серпа.
Объясните причину развития данного заболевания.
4. Гемоглобин представляет собой сложный олигомерный белок гемопротеид. Какие посттрансляционные изменения приводят к формированию функционально активного белка?
Основная
Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 9-28, 31-56.
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 7- 25.
А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 16-35,38-43.
О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 15-19, 19-24.
Лекционный материал
Дополнительная
Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 10-41, 49-59.
Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. с. 21-51(1)
Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007.
Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебное пособие, рекомендовано УМО «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей». Смоленск. 2012.
А.Е. Медведев «Открыта 22-ая генетически кодируемая аминокислота» // Вопр. мед. химии. 2002. № 5 -. с. 432
Тема занятия № 2
ОСАДОЧНЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ.
МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ
2 . Цели самостоятельной работы : расширить знания об основных физико-химических свойствах белков и их прикладном медицинском значении, об использующихся в лабораторной практике методах количественного определения белков в биологических жидкостях
3. Задачи самостоятельной работы:
Уметь оценивать биомедицинское значение основных физико-химических свойств растворов белков,
Ознакомиться с нормой содержания белка в сыворотке крови, с возможными отклонениями и их биохимической трактовкой,
Сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,
В лабораторной практике
Для количественного определения белков используются оптические, колориметрические и азотометрические методы.
Оптические методы основаны на оптических свойствах белков.
К ним относятся:
- спектрофотометрические методы , оценивающие интенсивность поглощения белками УФ лучей в диапазоне около 200 нм и 260 нм. Степень УФЛ - поглощения пропорциональна концентрации белка;
- рефрактометрические методы основаны на способности растворов белков преломлять свет пропорционально их концентрации;
- нефелометрические методы основаны на способности растворов белков рассеивать свет пропорционально их концентрации;
- поляриметрические методы основаны на способности растворов белков вращать плоскость поляризованного света пропорционально их концентрации.
Колориметрические методы основаны на цветных реакциях белков – биуретовая реакция, метод Лоури, метод сорбции белками определённых красителей. Интенсивность окраски определяется концентрацией белкового раствора.
Азотометрические методы основаны на определении содержания азота и пересчёте его на концентрацию белка (в белках 16% азота).
Тесты
1. К колориметрическим методам относятся:
Азотометрический. Спектрофотометрический. Сорбция красителей. Метод Лоури. Биуретовый метод. Рефрактометрический.
2. На способности белков приобретать заряд основаны приёмы их анализа:
Рентгеноструктурный анализ. Электрофорез.Ионообменная хроматография.Потенциометрическое титрование. Рефрактометрия. Ультрацентрифугирование. Колоночная гель-фильтрация.
3. Эффект высаливания белков из растворов связан:
С нарушением вторичной и третичной структур. С разрывом пептидных связей. С потерей белками заряда. С дегидратацией их молекул. С формированием четвертичной структуры.
4. Для наиболее полной экстракции белков из тканей животного происхождения можно использовать жидкости:
Спиртоводную смесь. Ацетон. 10% раствор сульфата аммония. Дистиллированную воду. 10% раствор NaCl.10% раствор KCl.
5. Освободиться от сопутствующих низкомолекулярных веществ, присутствующих при экстрагировании белков, без потери белками нативных свойств можно методами:
Электрофорезом. Диализом.Колоночной гель - фильтрацией. Осаждением белков трихлоруксусной кислотой.
6. Белки с различной молекулярной массой можно разделить приёмами физико-химического анализа:
Диализом. Электрофорезом. Высаливанием. Потенциометрическим титрованием. Колоночной гель - фильтрацией.
7. При физиологических значениях рН среды может приобретать или утрачивать свой заряд аминокислота:
Цистеин. Аргинин. Тирозин. Серин. Гистидин. Треонин.
8. Присутствие глобулинов в растворе можно доказать:
Электрофорезом. Колоночной гель - фильтрацией. Высаливанием при 50% насыщении сульфатом аммония . Высаливанием при 100% насыщении сульфатом аммония. Денатурацией мочевиной.
9. Для эффекта денатурации характерны признаки:
Быстрое образование осадка. Утрата биологической активности. Сохранение биологических свойств. Нарушение первичной структуры белка. Медленное образование осадка. Нарушение вторичной и третичной структуры (конформации). Сохранение конформации.
10. Для эффекта высаливания характерны признаки:
Обратимость эффекта. Утрата биологических свойств. Сохранение биологических свойств. Нарушение конформации белка. Сохранение конформации белка. Быстрое образование осадка.
11. Денатурацию белков вызывают:
Хлорид натрия. Серная кислота. Уксуснокислый свинец. Сернокислый аммоний. Азотнокислое серебро. Сульфосалициловая кислота. Мочевина. Глюкоза.
От градиента потенциала. От молекулярной массы белков. От рН среды. От формы белковых молекул. От особенностей аминокислотного состава белков. От наличия в составе белков простетических групп.
13. С помощью высаливания из смеси белков можно выделить:
Оваальбумин. Гамма-глобулин. Сывороточный альбумин.
14. Растворимость белков в воде придают функциональные группы полипептидных цепей:
Карбоксильные. Метильные. Фенольные. Аминные. Карбонильные. Индольные. Гидроксильные. Тиоловые. Иминные.
15. Наиболее объективные данные о молекулярной массе белков дают физико-химические методы:
Криоскопия. Эбулиоскопия. Рентгеноструктурный анализ.Ультрацентрифугирование. Электронная микроскопия.
16. Для точного определения содержания белка в растворе можно применить оптический эффект:
Преломление лучей света. Эффект светорассеивания. Оптическая активность. Поглощение лучей в УФ части спектра.
17. При проведении гель - фильтрации белков используются:
Различия в величине заряда. Различия в молекулярной массе . Различия в оптических свойствах
18. При электрофорезе белков используются:
Различия по величине заряда. Различия по молекулярной массе . Различия оптических свойств
19. Смесь белков церулоплазмина (мол. масса 151 000, изоэлектрическая точка 4,4) и γ - глобулина (мол. масса 150 000, изоэлектрическая точка 6,3) можно разделить методами:
Электрофореза. Гель - фильтрации. Ионообменной хроматографии
20. Рефрактометрические методы количественного определения белков основаны на эффекте:
Светорассеивания. Светопоглощения. Светопреломления . Вращения плоскости поляризованного света
21. Спектрофотометрические методы количественного определения белков основаны на эффекте:
Светорассеивания. Светопоглощения при определённой длине волны. Светопреломления. Вращения плоскости поляризованного света
22. В изоэлектрической точке молекула белка:
Не диссоциируют. Электронейтральны . Движутся к аноду. Распадаются на полипептиды
23. Белки способны образовывать устойчивые водные раствор благодаря наличию:
Броуновского движения Наличию гидрофобных радикалов. Наличию заряда и гидратной оболочки у молекул белка. Всех перечисленных факторов
Ситуационные задачи
1. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида
Лиз – Гли - Ала - Гли
2. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида
Лиз – Глу – Ала - Гли
3. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида
Глу – Гли – Ала - Гли
4. Сделайте выводы об особенностях аминокислотного состава белка, имеющего изоэлектрическую точку = 4,7
5. Какой заряд в нейтральной среде приобретёт белок, имеющий изоэлектрическую точку =4,7?
Поясните ответ.
6. После высаливания белка сульфатом аммония получен осадок, содержащий изучаемый белок с примесью соли. Как можно отделить белок от соли?
7. Основная и дополнительная литература к теме
Основная
Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 67-74
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 29-31
А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 43-60
О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 7-15, 28-29.
Лекционный материал
Дополнительная
Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 37-41.
Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. С. 43-51 (1)
Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.
Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.
Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007
Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методическое пособие «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей» (Рекомендовано УМО). Смоленск. 2012.
Титов В.Н. Методические аспекты определения содержания общего белка сыворотки крови //Клин. лаб. диагностика, 1995, - .№ 2.С. 15-18
Тема занятия № 3
КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.
ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ
2. Цели самостоятельной работы: закрепить знания о принципах классификации белков, свойствах и особенностях состава основных групп простых и сложных белков
3. Задачи самостоятельной работы:
Рассмотреть принципы классификации белков,
Изучить особенности свойств, химического состава и биологических функций основных групп простых и сложных белков,
Сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,
Сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности.
4. Перечень вопросов для самостоятельной работы
Классификация белков
Огромное количество белков в организме, многообразие их свойств и биологических функций определяют сложности их систематики.
Предложены классификации белков по структурному, функциональному принципам.
«На сегодняшний день о белках известно слишком много, чтобы удовлетворится старой классификацией, и слишком мало для того, чтобы составить лучшую» - такое определение состояния вопроса о классификации белков остаётся актуальным до настоящего времени.
В практическом отношении достаточно удобна классификация белков, учитывающая особенности их химического состава и физико-химических свойств.
Согласно этой классификации, все белки делят на 2 группы: простые (протеины) и сложные (протеиды.
К протеинам (простым белкам ) относят белки, состоящие только из аминокислот.
Они, в свою очередь, делятся на группы в зависимости от физико-химических свойств и особенностей аминокислотного состава. Выделяют следующие группы простых белков:
· альбумины,
· глобулины,
· протамины,
· гистоны,
· проламины,
· глютелины,
· протеиноиды.
Альбумины – широко распространённая группа белков в тканях организма человека. Они имеют сравнительно невысокую молекулярную массу 50– 70 тыс. дальтон. Альбумины в физиологическом диапазоне рН имеют отрицательный заряд, так как в силу высокого содержания глютаминовой кислоты в их составе находятся в изоэлектрическом состоянии при рН 4,7. Имея невысокую молекулярную массу и выраженный заряд, альбумины перемещаются при электрофорезе с достаточно высокой скоростью. Аминокислотный состав альбуминов разнообразен, они содержат весь набор незаменимых аминокислот. Альбумины – высоко гидрофильные белки. Они растворимы в дистиллированной воде. Вокруг молекулы альбуминов формируется мощная гидратная оболочка, поэтому для высаливания их из растворов необходима высокая 100% концентрация сульфата аммония. Альбумины выполняют в организме структурную, транспортную функцию, участвуют в поддержании физико – химических констант крови.
Глобулины – широко распространённая группа белков, обычно сопутствующая альбуминам. Имеют более высокую, чем альбумины молекулярную массу – около 200 тыс. дальтон, поэтому медленнее перемещаются при электрофорезе. Изоэлектрическая точка глобулинов находится при рН 6,3 – 7. Они отличаются разнообразным набором аминокислот. Глобулины не растворимы в дистиллированной воде, они растворимы в солевых растворах KCl, NaCl в концентрации 5 – 10 %. Глобулины менее гидратированы, чем альбумины, поэтому высаливаются из растворов уже при 50% насыщении сульфатом аммония. Глобулины в организме выполняют структурную, защитную, транспортные функции.
Гистоны – имеют небольшую молекулярную массу 11-24 тыс. дальтон. Они богаты щелочными аминокислотами лизином и аргинином, поэтому находятся в изоэлектрическом состоянии в резко щелочной среде при рН 9,5 – 12. В физиологических условиях гистоны имеют положительный заряд. В различных видах гистонов содержание аргинина и лизина варьирует, в связи с чем, они делятся на 5 классов. Гистоны Н 1 и Н 2 богаты лизином, гистоны Н 3 - аргинином. Молекулы гистонов полярны, очень гидрофильны, поэтому с трудом высаливаются из растворов. В клетках положительно заряженные гистоны, как правило, связаны с отрицательно заряженными ДНК в составе хроматина. Гистоны в хроматине формируют остов, на который накручивается молекула ДНК. Основные функции гистонов – структурная и регуляторная.
Протамины – низкомолекулярные щелочные белки. Молекулярная масса их составляет 4 – 12 тыс. дальтон. Протамины в своём составе содержат до 80% аргинина и лизина. Они содержатся в составе нуклеопротеидов молоки рыб – клупеин (сельдь), скумбрин (скумбрия).
Проламины, глютелины – растительные белки, богатые глютаминовой кислотой (до 43%) и гидрофобными аминокислотами, в частности, пролином (до 10 – 15%). В силу особенностей аминокислотного состава проламины и глютелины не растворимы в воде и солевых растворах, но растворимы в 70% этиловом спирте. Проламины и глютелины являются пищевыми белками злаковых культур, составляя так называемые глютеновые белки. К глютеновым белкам относятся секалин (рожь), глиадин (пшеница), гордеин (ячмень), авенин (овёс). В детском возрасте может наблюдаться непереносимость глютеновых белков, к которым в лимфоидных клетках кишечника вырабатываются антитела. Развивается глютеновая энтеропатия, снижается активность кишечных ферментов. В связи с этим, злаковые отвары детям рекомендуется вводить после 4-х месячного возраста. Не содержат глютеновых белков рис и кукуруза.
Протеиноиды (белковоподобные) - фибриллярные водонерастворимые белки. Входят в состав опорных тканей (костей, хрящей, сухожилий, связок). Они представлены коллагеном, эластином, кератином, фиброином.
Коллаген (рождающий клей) – широко распространённый в организме белок, составляет около трети всех белков организма. Входит в состав костей, хрящей, зубов, сухожилий и др. тканей.
К особенностям аминокислотного состава коллагена относится, прежде всего, высокое содержание глицина (1/3 всех аминокислот), пролина (1/4 всех аминокислот), лейцина. В составе коллагена присутствуют редкие аминокислоты гидроксипролин и гидроксилизин, но отсутствуют циклические аминокислоты.
Полипептидные цепи коллагена содержит около 1000 аминокислот. Различают несколько видов коллагена в зависимости от сочетания в нём различных видов полипептидных цепей. К фибриллообразующим видам коллагена относятся коллаген I типа (преобладает в коже), коллаген II типа (преобладает в хрящах) и коллаген III типа (преобладает в сосудах). У новорожденных детей основная масса коллагена представлена III типом, у взрослых людей – II и I типами.
Вторичная структура коллагена представляет «ломаную» альфа-спираль, в витке которой укладывается 3,3 аминокислоты. Шаг спирали равен 0,29 нм.
Три полипептидные цепи коллагена уложены в виде тройного закрученного каната, фиксированного водородными связями, и образуют структурную единицу коллагенового волокна – тропоколлаген. Тропоколлагеновые структуры размещаются параллельными, смещёнными по длине рядами, фиксированными ковалентными связями, и формируют коллагеновое волокно. В промежутках между тропоколлагеном в костной ткани откладывается кальций. Коллагеновые волокна содержат в своём составе углеводы, которые стабилизируют коллагеновые пучки.
Кератины - белки волос, ногтей. Они не растворимы в растворах солей, кислот, щелочей. В составе кератинов имеется фракция, которая содержит большое количество серосодеоржащих аминокислот (до 7 – 12%), образующих дисульфидные мостики, придающие высокую прочность этим белкам. Молекулярная масса кератинов очень высока, достигает 2 000 000 дальтон. Кератины могут иметь альфа - и бета - структуру. В альфа - кератинах три альфа - спирали объединяются в суперспираль с формированием протофибрилл. Протофибриллы соединяются в профибриллы, затем в макрофибриллы. Примером бета - кератинов является фиброин шёлка.
Эластин – белок эластических волокон, связок, сухожилий. Эластин не растворим в воде, не способен к набуханию. В эластине высока доля глицина, валина, лейцина (до 25 – 30%). Эластин способен растягиваться под действием нагрузки и восстанавливать свои размеры после снятия нагрузки. Эластичность связана с присутствием в эластине большого количества межцепочечных сшивок при участии аминокислоты лизина. Две белковые цепи образуют связь лизил – норлейцин. Четыре белковые цепи образуют связь – десмозин.
К сложным белкам (протеидам ) относят белки, в которых помимо белковой части содержатся небелковые вещества (простетические группы).
Сложные белки классифицируют по химическому составу их простетической группы. Выделяют следующие группы сложных белков:
· хромопротеиды,
· липопротеиды,
· гликопротеиды,
· фосфопротеиды,
· металлопротеиды.
Хромопротеиды содержат в качестве простетической группы окрашенные небелковые соединения. В группе хромопротеидов выделяют гемопротеиды и флавопротеды.
В гемопоротеидах простетической группой является гем – органическое, железосодержащее вещество, придающее белку красный цвет. Гем соединяется с белком глобином за счёт координационных и гидрофобных связей. Примерами гемопротеидов являются белок эритроцитов гемоглобин, белок мышц миоглобин, тканевые белки цитохромы, ферменты каталаза, пероксидаза. Гемопротеиды участвуют в переносе кислорода и в окислительных процессах в тканях.
В флавопротеидах содержится простетическая группа жёлтого цвета. В качестве простетической группы могут быть представлены нуклеотиды ФАД, ФМН. К флавопротеидам относится фермент сукцинатдегидрогеназа. Некоторые флавопротеиды содержат в своём составе металлы – металлофлавопротеиды. Флавопротеиды участвуют в окислительных процессах в организме.
Нуклеопротеиды состоят из белковой части и нуклеиновых кислот: ДНК или РНК. В ядре локализованы дезоксирибонуклеопротеиды, в цитозоле – рибонуклеопротеиды. Белки в нуклепротеидах ядра представлены в основном гистонами. Белковая и небелковая части нуклеопротеидов связаны ионными и гидрофобными связями. При полном гидролизе нуклеопротеидов образуются аминокислоты, фосфорная кислота, углевод и пуриновое или пиримидиновое азотистое основание. Нуклеопротеиды участвуют в хранении и воспроизведении генетической информации.
Липопротеиды в качестве простетической группы содержат различные жиры (триацилглицерины, фосфолипиды, холестерин и др.). Между белком и липидом формируются гидрофобные и ионные связи. Липопротеиды принято делить на структурные, входящие в состав клеточных мембран, и транспортные, осуществляющие перенос жиров кровью. Транспортные липопротеиды представляют собой сферические частицы, внутри которых находятся гидрофобные жиры, а на поверхности – гидрофильные белки. Примером липопротеида может служить фактор свёртывания крови – тромбопластин.
Фосфопротеиды содержат в своём составе остатки фосфорной кислоты, соединённой с серином белковой части сложноэфирными связями. Присоединение фосфорной кислоты к белку носит обратимый характер и сопровождается формированием или разрывом ионных связей фосфорной кислоты и заряженных групп белка, что меняет биологическую активность фосфопротеида. К фосфопротеидам относятся структурные белки костной ткани, казеиноген молока, ововителлин белка куриного яйца, некоторые ферменты (фосфорилаза, гликогенсинтетаза, ТАГ - липаза)
Гликопротеиды содержат, как правило, прочно присоединенные гликозидными связями остатки углеводов (моносахариды, олигосахариды). Гликопротеиды обычно имеют мозаичную структуру, в которой чередуются углеводные и белковые фрагменты. Углеводная часть придаёт специфичность гликопротеидам и определяет их устойчивость к тканевым ферментам. Гликопротеиды широко представлены в организме человека. Они содержатся как в тканях, так и в биологических жидкостях. Муцин слюны содержит в своём составе до 15% маннозы и галактозы. Гликопротеидами являются некот
Прежде всего путем гидролиза разрушают пептидные связи. Поскольку при нейтральных pH пептидные связи стабильны, применяют кислотный или щелочной катализ. Ферментативный катализ для полного гидролиза менее пригоден. Полный гидролиз белка на составляющие аминокислоты неизбежно сопровождается частичной потерей некоторых аминокислотных остатков. Лучше всего проводить
Рис. 4.7. Гель-фильтрация бромциановых (СВ) фрагментов фетального глобина человека. Хроматография проведена на колонке сефадекс уравновешенной -ным НСООН, с последующей элюцией тем же раствором. Нумерация фрагментов а- и у-цепей произвольна. (С любезного разрешения J. D. Pearson et al., Department of Biochemistry, Purdue University.)
гидролиз в 6 н. при 110°C в вакуумированной ампуле. В этих условиях полностью разрушаются триптофан к цистеин и частично цистин. В присутствии металлов наблюдается частичная потеря метионина и тирозина. Глутамин и аспарагин количественно дезамидируются в глутамат и аспартат. Содержание серина и треонина тоже оказывается заниженным, причем в тем большей степени, чем дольше проводится гидролиз. Наконец, некоторые сязи между нейтральными остатками даже через 20 ч гидролизуются лишь на 50%. Обычно параллельные пробы гидролизуют в течение 24, 48, 72 и 96 ч. Затем данные по серину и треонину наносят на график в полулогарифмическом масштабе и проводят экстраполяцию к нулевому моменту времени. По валину и изолейцину используют результаты, полученные при 96-часовом гидролизе. Дикарбоновые кислоты и их амиды определяются суммарно и регистрируются как “Glx” или “Asx”. Цистеин и цистин до гидролиза превращают в кислотостабильные производные (например, в цистеиновую кислоту).
Рис. 4.8. Жидкостная хроматография с обращенной фазой при высоком давлении: профиль элюирования бромциановых (СВ) фрагментов фетального глобина человека. Нумерация фрагментов а- и у-цепей произвольна. (С любезного разрешения J. D. Pearson et al.. Department of Biochemistry, Purdue University.)
Для анализа триптофана проводят щелочной гидролиз; при этом происходят разрушение серина, треонина, аргинина и цистеина и рацемизация всех аминокислот. По окончании гидролиза аминокислотный состав можно определить с помощью автоматической ионообменной хроматографии (см. рис. 3.12) или жидкостной хроматографии под давлением.
Содержание Введение 1. Основные компоненты молока 2. Методы анализа аминокислот 1. Хроматографический метод анализа 2. Спектрофотометрический метод анализа 3. Титрометрический метод анализа 4. Электрохимический метод анализа 3.Методы определения аминокислотного состава 1. Определение аминокислот методом тонкослойной хроматографии 3.2. Определение аминокислот спектрофотометрическим методом 4. Обзор реферативных журналов Список использованной литературы Введение Проблема питания является одной из важнейших социальных проблем.
Жизнь человека, его здоровье и труд невозможны без полноценной пищи. Согласно теории сбалансированного питания в рационе человека должны содержаться не только белки, жиры и углеводы в необходимом количестве, но и такие вещества, как незаменимые аминокислоты, витамины, минералы в определенных, выгодных для человека пропорциях.
В организации правильного питания первостепенная роль отводится молочным продуктам. Это в полной мере относится к молоку, питательная ценность которого обусловлена высокой концентрацией в нем молочного белка и жира, наличием незаменимых аминокислот, солей кальция и фосфора, так необходимых для нормального развития организма человека. Легкая усвояемость - одно из наиболее важных свойств молока как продукта питания. Более того, молоко стимулирует усвоение питательных веществ других пищевых продуктов.
Молоко вносит разнообразие в питание, улучшает вкус других продуктов, обладает лечебно-профилактическими свойствами. В молоке содержится более 120 различных компонентов, в том числе 20 аминокислот, 64 жирные кислоты, 40 минеральных веществ, 15 витаминов, десятки ферментов и т.д. Энергетическая ценность 1 л сырого молока составляет 2797 кДж. Один Литр молока удовлетворяет суточную потребность взрослого человека в жире, кальции, фосфоре, на 53% - потребность в белке, на 35% - в витаминах А, С и тиамине, на 26% - в энергии. Основная цель данной курсовой работы – выявить аминокислотный состав молока. 1.
Основные компоненты молока
С физико-химических позиций молоко представляет собой сложную полидисп... 5.1). Наибольший удельный вес в молоке занимает вода (более 85%, на остальны... Сухой остаток включает все питательные вещества молока. Он определяет выход готовой продукции при производстве молочных продук...
Хроматографический метод анализа
Одним из наиболее перспективных методов является метод высокоэффективн... Но преимущества метода значительно перекрывают его недостатки. Кроме того, его можно использовать для завершения химического анализа.... На современных газохроматографических капиллярных колонках в одном экс... Метод характеризуется высокой чувствительностью и позволяет количестве...
Титрометрический метод анализа
Титрометрический метод анализа. Из титриметрических методов количественного определения наиболее широк... Титрование может быть проведено с индикатором (кристаллический фиолето... Однако данный метод имеет ряд существенных недостатков: использование... Для количественного анализа отдельных аминокислот используют также мет...
Электрохимический метод анализа
В последние десятилетия все более широкое распространение получили эле... 3.. в оптимизированных условиях они позволяют определить лишь отдельные ам... Так, разработан способ полярографического определения триптофана, осно... Электрохимический метод анализа.
Методы определения аминокислотного состава
Методы определения аминокислотного состава 3.1.
Определение аминокислот методом тонкослойной хроматографии
В 1 литре дистиллированной воды растворяют 84 г моногидрата лимонной к... 3.2.. Через 10 минут пленку помещают в ХГ камеру с нитратным буфером (буферн... Методика На стартовую линию пластинки наносят 2 (10) мкл гидролизата п... Капли пробы и стандартных аминокислот наносят на стартовую линию на пл...
Определение аминокислот спектрофотометрическим методом
Аминокислоты, первичные амины, полипептиды и пептоны при нагревании с... 0,2 – 3 %-ный раствор нингидрина готовят в разных растворителях (изобу... 2007. к. 2.Цветкова Н.Д.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:
Определение энтропии. Определение информационных потерь при передаче сообщений по каналам связи с шумами
Определение сущности БУУ: предмет и метод. Можно дать грубое определение цели УУ: предоставление информации, которая полезна для руководства организации
Буу часть информационной системы предприятия с одной стороны с другой деятельность целями которой является обеспечение информацией руководства.. можно дать грубое определение цели уу предоставление информации которая.. сущность уу заключается в аналитичности информации она собирается группируется идентифицируется и изучается уу..
Данные методические указания предназначены для помощи студентам при выполнении лабораторных работ по описанию и определению минералов и горных пород.. в данных указаниях представлены необходимая терминология и методика описания.. в методических указаниях приведены варианты задания и примеры для выполнения расчетно графических работ по построению..
Имущество предприятия: состав, назначение. Определение потребности в основных и оборотных средствах
Капитал предприятия можно рассматривать с нескольких точек зрения прежде всего целесообразно различать капитал..
Состав преступления позволяет нам отграничить одно от другого.. чтобы обратиться к составу нужно сначала посмотреть основания преступления.. сначала нужно разобраться что такое основания преступления а потом мы увидим что единственное основание это..
Определение энтропии. Определение информационных потерь при передаче сообщений по каналам связи с шумами. Варианты заданий для выполнения
Задание определение энтропии.. сообщение состоит из n символов имеется m типов символов количество букв.. задание определение информационных потерь при передаче сообщений по каналам связи с шумами..
Задания для проведения практических занятий по курсу бухгалтерский учет задание 1. На основании состава имущества оао ростов произвести группировку хозяйственных средств имущества по видам и составу
Учетно экономический факультет.. хахонова н н.. задания для проведения практических занятий..
Основные классы неорганических соединений. Определение молярной массы эквивалентов цинка. Определение теплоты реакции нейтрализации. Скорость химической реакции. Катализ
Введение.. При изучении химии большое значение имеет лабораторный практикум Правильно поставленный эксперимент позволяет..
Интегрированная Среда и Состав языка Object Pascal. Состав языка
Содержание.. Лекция Интегрированная Среда и Состав языка Object Pascal.. Работа с окнами Редактирование в Object Pascal..
Введение в операционные системы. Определение, назначение, состав и функции операционных систем
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.. тольяттинский государственный университет сервиса..
Для определения аминокислот, входящих в состав белков, применяют кислотный (НС1), щелочной (Ва(ОН) 2) и ферментативный гидролиз. При гидролизе чистого белка, не содержащего примесей, освобождаются 20 различных аминокислот.
Аминокислоты,
входящие в состав белков, являются
a-аминокислотами
. Все они принадлежат к L-ряду, а величина и знак оптического вращения зависят от природы радикалов аминокислот и значения рН раствора. В белках человека D-аминокислоты не обнаружены, однако они встречаются в клеточной стенке бактерий, в составе некоторых антибиотиков (актиномицинов).
Аминокислоты отличаются друг от друга химической природой радикала R, который не участвует в образовании пептидной связи.
Современная рациональная классификация аминокислот основана на полярности радикалов:
Неполярные (гидрофобные)
 |  |
|
 |  |  |
Полярные (гидрофильные)
Отрицательно заряженные
В некоторых белках обнаружены производные аминокислот . В белке соединительной ткани коллагене содержатся оксипролин и оксилизин. Дийодтирозин является основой структуры гормонов щитовидной железы.
Аминокислоты обладают общим свойством - амфотерностью (от греч amphoteros - двусторонний). В интервале рН 4,0-9,0 почти все аминокислоты существуют в форме биполяных ионов (цвиттерионов). Значение изоэлектрической точки аминокислоты (ИЭТ, рI) рассчитывается по формуле:
.
Для моноаминодикарбоновых кислот рI рассчитывается как полусумма значений рK (таблица 1) a- и w-карбоксильных групп, для диаминомонокарбоновых кислот – как полусумма значений рK a- и w-аминогрупп.
Существуют заменимые аминокислоты (могут синтезироваться в организме человека), и незаменимые, которые в организме не образуются и должны поступать с пищей.
Незаменимые аминокислоты : валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.
Заменимые аминокислоты: глицин, аланин, аспарагин, аспартат, глутамин, глутамат, пролин, серин.
Условно заменимые (могут синтезироваться в организме из других аминокислот): аргинин (из цитруллина), тирозин (из фенилаланина), цистеин (из серина), гистидин (при участии глутамина).
Для открытия в биологических объектах и количественного определения аминокислот используют реакцию с нингидрином.
Таблица 1. Константы диссоциации аминокислот
| Аминокислота | pK 1 | pK 2 | pK 3 |
| Алании | 2,34 | 9,69 | |
| Аргинин | 2,18 | 9,09 | 13,2 |
| Аспарагин | 2,02 | 8,80 | |
| Аспарагиновая кислота | 1,88 | 3,65 | 9,60 |
| Валии | 2,32 | 9,62 | |
| Гистидин | 1,78 | 5,97 | 8,97 |
| Глицин | 2,34 | 9,60 | |
| Глутамин | 2,17 | 9,13 | |
| Глутаминовая кислота | 2,19 | 4,25 | 9,67 |
| Изолейцин | 2,26 | 9,62 | |
| Лейцин | 2,36 | 9,60 | |
| Лизин | 2,20 | 8,90 | 10,28 |
| Метионин | 2,28 | 9,21 | |
| Пролин | 1,99 | 10,60 | |
| Серии | 2,21 | 9,15 | |
| Тирозин | 2,20 | 9,11 | 10,07 |
| Треонин | 2,15 | 9,12 | |
| Триптофан | 2,38 | 9,39 | |
| Фенилаланин | 1,83 | 9,13 | |
| Цистеин | 1,71 | 8,33 | 10,78 |
