Белки – высокомолекулярные азотосодержащие органические

Белки – высокомолекулярные азотосодержащие органические вещества, молекулы
которых построены из остатков аминокислот. Существует 1012 видов белков. В организме
человека ~ 50 тыс. различных белков. Все белки состоят из структурных блоков, которые
представлены остатками аминокислот. Всего 20 аминокислот. Набор аминокислот в белке
определяется наследственной информацией, записанной в ДНК.
Функции:
- Строительная, структурная функция. Белки образуют основу протоплазмы любой
живой клетки, в комплексе с липидами они являются основным структурным материалом
всех клеточных мембран, всех органелл.
- Каталитическая функция. Практически все биохимические реакции катализируются
белками-ферментами.
- Двигательная функция (сократительная). Любые формы движения в живой природе
(работа мышц, движение ресничек и жгутиков у простейших) осуществляются белковыми
структурами клеток.
- Транспортная функция. Белок крови гемоглобин транспортирует кислород от легких к
тканям и органам. Есть белки крови, транспортирующие липиды, железо, стероидные
гормоны. Перенос многих веществ через клеточные мембраны осуществляют особые
белки-переносчики.
- Защитная функция. Важнейшие факторы иммунитета – антитела и система
комплемента являются белками. Процесс свертывания крови, защищающий организм от
чрезмерной кровопотери происходит с участием белков фибриногена, тромбина и других
факторов свертывания, тоже являющихся белками. Внутренние стенки пищевода, желудка
выстланы защитным слоем слизистых белков – муцинов. Основу кожи, предохраняющей
тело от многих внешних воздействий, составляет белок коллаген.
- Гормональная функция. Ряд гормонов по своему строению относится к белкам
(инсулин) или пептидам (АКТГ, окситоцин, вазопрессин).
- Опорная функция. Сухожилия, суставные сочленения, кости скелета образованы в
значительной степени белками.
- Питательная (резервная). Белки способны образовывать запасные отложения для
развития плода (овальбумин яиц, казеин молока, многие белки семян).
Методы выделения белков (в порядке следования в процессе):
Гомогенизация – измельчение биологического природного материала – волковые
мельницы, ножевые, ультразвуковые гомогенезаторы.
Экстракция – извлечение белков, приводя их в растворенное состояние, солевой раствор
8-10 %
Фракционирование (хим. перегонка с целью разделения смеси жидкостей с разными
температурами кипения на составные части):
- высаливание (фракционирование солевыми растворами) – процесс заключается в том,
что у каждого белка свой номинал концентрации соли щелочных и земельных металлов в
растворе при котором он выпадает – тем самым, повышая концентрацию соли в растворе
можно поочередно выделять различные белки.
- органические растворители, осаждение спиртом (метиловый и этиловый спирт) –
процесс схож с высаливанием, только вместо соли спирт, и ведется при температуре около
5 С0 во избежание процесса денатурации (характерное для белков изменение строения
свойств при изменении физических и химических условий среды).
- осаждение ионами тяжелых металлов (осаждение) – метод основан на взаимодействии
ионов тяжелых металлов (Hg, Zn, Ca, Ba, Pb и т.д.) с реакционноспособными
аминокислотными радикалами белковой молекулы.
- электрофорез – состоит в способности белков с разной скоростью перемещаться под
действием электрического поля.
- хроматография – сорбирование
Адсорбационная хроматография – разделение белков основано на различной их
сорбированности.
Распределительная хроматография – в разной степени растворения белков
Афинная хроматография – основана на избирательном отборе схожих по свойствам
белков.
Ионообменная хроматография - это полимерные органические соединения содержащие
функциональные группы способные к ионному обмену. Используется в форматологии, в
клинической биохимии
Гель-хромотография – способ разделения по различным молекулярным массам
Методы очистки белков:
-Диализ – промывают через мембрану, пропускающую только низкомолекулярные
соединения, задерживая белок.
-Этродиализ – остатки ионов после диализа попадают на электроды, по которым
протекает ток.
-Ультрафильтрация – продавливают через мембрану (см. выше), при этом белок
становется концентрированным.
-Кристаллизация – основан на медленном достижении критической точки осаждения
белка путем увеличения температуры.
-Гельфильтрация – используют спец. гель, который разбухая удерживает
низкомолекулярные соединения.
Методы определения молекулярной массы белков:
-Вискозиметрия – определение вязкости
-Ультрацентрифугирование (гравиметрический метод) – состоит в том, что под
действием центробежной силы белок оседает – этот фактор назвали фактором разделения
-Светорассеяние – определяется по отношению к длине волны, если размер равен L/20,
то точечный дипольный излучатель, определив мол. массу, если больше L/20 можно
определить размер дипольных излучателей.
-Рентгеноструктурный анализ - методы исследования структуры вещества по
распределению в пространстве и интенсивностям рассеянного на анализируемом объекте
рентгеновского излучения.
Формы белковых молекул:
-Глобулярные (шарообразные) – гемоглобин, обулин …
-Фибрелярные (нитевидные) – калоген…
Аминокислотный состав белков:
В состав белков входят аминокислоты.
аминокислота – альфа-аминокислота…
R=H глицин
R=CH3 оланин
R=CH2OH серин
R=CH2SH цистеин
Физико-химические свойства белков.
-Высокая вязкость растворов (коллоид)
-Незначительная диффузия
-Набухает в больших пределах
-Оптическая активность
-Подвижность в электрическом поле
-Низкое осмотическое давление
-Способность поглощать УФ лучи при длине волны 250-300 един.
-Амфотерность
-Гидрофильные свойства
-Способность к денатурации (нарушение общего плана структуры белка, которая
приводит к потере характерных свойств при 50-60 С0 потеря растворимости увеличение
вязкости)
-Изоэлектрическая точка – значение pH при котором суммарный заряд молекулы белка
равен 0.
Структурная организация белка:
-Первичная структура – последовательность в расположение аминокислотных остатков
в полипептидной цепи.
-Вторичная структура – укладка полипептидной цепи в спираль. Не хаотично, а в
соответствие с программой заложенной в первичной структуре. Альфа-спираль строение
глобулярных белков. Закручивается по часовой стрелке. Через каждые 5 витков идет
повторение последовательности остатков аминокислот, а совпадают они через каждые 3,8
витков.
-Третичная структура – ориентирование полипептидной спирали, содержит уникальную
информацию, все свойства молекулы белка связаны с 3-ой структурой.
- Четвертичная структура - подразумевают способ укладки в пространстве отдельных
полипептидных цепей, обладающих одинаковой (или разной) первичной, вторичной или
третичной структурой, и формирование единого в структурном и функциональном
отношениях макромолекулярного образования.
Классификация белков.
При делении на группы учитывают и их состав (строение), физико-химические свойства
(растворимость, щёлочность), происхождение и роль в организме. Делят на простые протеины, состоящие только из аминокислот, и сложные - протеиды, в состав молекулы
которых входят, кроме аминокислот, и другие соединения.
Простые:
альбумины,
глобулины,
гистоны,
глутелины,
проламины,
протамины,
протеиноиды.
Сложные:
гликопротеиды (содержащие, кроме аминокислот, углеводы),
липопротеиды (содержащие липиды),
нуклеопротеиды (в их состав входят и нуклеиновые кислоты),
фосфопротеиды (содержащие фосфорные кислоты)
хромопротеиды (имеющие пигментные металлосодержащие группы).