Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Экономика
Финансы
Психология
Биология
Сельское хозяйство
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
История
Физика
Экология
Этика
Промышленность
Энергетика
Связь
Автоматика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Лекция аминокислоты. Лекция 12. Аминокислоты. Пептиды. Белки Белки сложные биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты
 Скачать 172 Kb.
|
|
Лекция №12. -Аминокислоты. Пептиды. Белки Белки – сложные биополимеры, мономерами которых являются -аминокислоты. В составе белков в организме человека встречаются только 20-аминокислот. Белки важнейший класс биологических соединений. Они играют ключевую роль в клетке, присутствуют в виде главных компонентов в любых формах живой материи, поэтому по-прежнему неопровержимо определение Ф.Энгельса, что «жизнь есть способ существования белковых тел». Белки чрезвычайно разнообразны по структуре и выполняют многочисленные биологические функции. Так в одном организме Escherichia сolli содержится более 3000 различных белков. Название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался в пищу. Изучение белков, как химических соединений началось с изучения их свойств (свертываемость, разложение и т.д., поэтому одними из первых были изучены белки крови (Гарвей). Растительные белки изучали на клейковине, полученной из пшеничной муки. Первая концепция строения белков принадлежит голландскому химику Мульдеру, он сформулировал понятие о минимальной структурной единице белков и назвал ее протеином. Впервые гипотезу строения беков, как полимеров, построенных из остатков аминокислот, связанных пептидной связью выдвинул Эмиль Герман Фишер (1902) Молекулярная масса белков варьирует от 5000 до 1млн и более. Белками являются ферменты, гормоны, антибиотики, токсины. Белки выполняют разнообразные функции: каталитические (ферменты), двигательные (актин, миозин) транспортные (гемоглобин, миоглобин, цитохромы), защитные (иммуноглобулины, антигены, фибриноген), рецепторные (родопсин), регуляторные (гистоны, репрессоры,) запасающие (козеин, овальбумин) Энергетическую функцию выполняют запасающие белки или иные в условиях длительного голодания или интенсивной длительной работы мышц. Сравнительно небольшие молекулы с массой до 5000 называют пептидами к ни относят некоторые гормоны (вазопрессин, адренокортикотропный гормон), глюкагон, нейропептиды мозга (эндорфин), пептиды сна, памяти, и т.п., алкалоиды (эрготамин) антибиотики ( грамицидин) I. -Аминокислоты -Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат карбоксильную и аминогруппу у одного и того же атома углерода. В большинстве АК, этот атом углерода является хиральным центром, в АК, которые являются мономерами белков он имеет относительную - L конфигурацию. Конфигурация АК определяется по первому хиральному атому (-углерод).  СООН NH2 HCH2SH L -цистеин В определенных условиях может происходить обращение конфигурации, так, например, под воздействием микроволнового излучения. Подобный процесс может иногда происходить самопроизвольно в течение длительного времени неферментативно. Например L-аспартат в дентине зубов при температуре тела человека со скоростью 0,01% в год превращается в D- изомер, по его содержанию можно определить возраст человека. Все -АК имеют общий фрагмент или “стандартный блок” и отличаются радикалом у -углеродного атома. Отсутствует радикал только у глицина, у него вместо радикала атом водорода.  NH2 – СН – СООНR 1. Классификация и номенклатура аминокислот по строению радикалов По строению углеродного скелета радикалов АК делятся на алифатические, ароматические и гетероциклические. В составе радикалов могут быть функциональные группы, придающие им специфические свойства: карбоксильная, амино-, тиольная, амидная, гидроксильная, гуанидиновая. Названия применяют преимущественно тривиальные (глицин от слова сладкий –glykos, серин от слова serieum – шелковистый, получен из фибрина шелка) , для записи используют их трехбуквенное обозначение. В составе полипептидной цепочки остаток АК, не имеющий карбоксильной группы в стандартном блоке называется с изменением окончания –ИН на –ИЛ. Например глицил вместол глицин и т.д. Классификация аминокислот по растворимости их радикалов в воде, полярности, наличию или отсутствию заряда Сами АК все в воде растворимы, но в составе белка их радикал оказывает влияние на растворимость его в воде, поэтому важно выделить АК с гидрофобными неполярными и гидрофильными полярными радикалами. Гидрофобные радикалы это углеводородные структуры, которые способны «склеиваться» друг с другом образуя гидрофобные связи, но не образуют водородные или диполь-дипольные связи с водой и поэтому на растворяются в ней. Гидрофильные – образуют диполь-дипольные или водородные связи водой. Гидрофобные и гидрофильные радикалы АК определяют пространственное строение белка(конформацию) , в который они входят. Среди полярных радикалов также выделяют с зарядом (положительно и отрицательно заряженные) и без заряда. Радикалы с зарядом лучше растворяются в воде чем без заряда. 1.АК с алифатическими углеводородными радикалами, гидрофобные, незаряженные   2. АК с ароматическими углеводородными радикалами, гидрофобные, незаряженные .   3. АК с гидроксильными группами (полярные) гидрофильные не заряженные А. Спиртовой 7. 8.   Б. Фенольный 9.   4. АК с серосодержашими радикалами (гидрофильные не заряженные) 10. 11.   5. АК с карбоксильной группой в радикале (гидрофильные отрицательно заряженные) 12 13.   6. АК, содержащие амидные группы (гидрофильные не заряженные) 14 15.   7. АК, содержащие аминогруппу в радикале (гидрофильные, положительно заряженные) 16.   8. АК, содержащие гуанидиновую группу (гидрофильные, положительно заряженные) 17.   9. АК с гетероциклическими радикалами, триптофан – гидрофобный незаряженный, гистидин гидрофильный, положительно заряженный, пролин гидрофильный, незаряженный. 18, 19, 20   Таким образом по свойствам и строению радикалов все -АК делятся на : А.Нейтральные АК 1.Неполярные радикалы (гидрофобные): аланин, валин, изолейцин, лейцин, метионин, пролин, триптофан, фенилаланин 2.Полярные незаряженные радикалы (гидрофильные): аспарагин, глицин, глутамин, серин, тирозин, треонин, цистеин Б.Кислые АК рН7 Отрицательно заряженные радикалы (гидрофильные): аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота В. Основные АК, рН7 Положительно заряженные радикалы (гидрофильные): аргинин, гистидин, лизин Химические свойства 2. АК в растворе. Кислотно-основные свойства АК Все АК хорошо растворимы в воде из- за полярных амино- и карбоксильной групп в стандартном блоке .Амфотерны из-за наличия основного (аминогруппа) и кислотного (карбоксил) центра. В растворе существуют в виде биполярного иона или цвиттер-иона: NH2 – СН2 – СООН +NH3 – СН2 – СОО- диполярный ион (биполярный ион)АК взаимодействуют со щелочами по карбоксильной группе и кислотами по аминогруппе (см. лекцию №5).   Кислотный центр СООН и основный центр аминогрупы образуют с Си(ОН)2 хелатный комлекс синего цвета.  Большинство АК в растворе имеют нейтральную среду, но если в радикале присутствуют сильные основные центры , то среда становится щелочной: рН7; в эту группу входят диаминомонокарбоновые «основные» АК: лизин, орнтин, аргинин. NH2 – СН – СООН + Н2О +NH3 – СН – СОО- + ОН- (СН2)3- NH2 (СН2)3-NH+3 орнитинЕсли в радикале имеется кислотный центр это «кислые» дикарбоновые моноаминокислоты аспарагиновая и глутаминовая, в растворе данных кислот рН 7.NH2 – СН – СООН + Н2О +NH3 – СН – СОО- Н3О+ СН2 – СООН СН2 – СОО- Изоэлектрическая точка. Изменение суммарного заряда АК в зависимости от рН среды Большинство АК имеют рI в нейтральной области, близкой рН =7. Диаминомонокарбоновые АК рI 7 . Дикарбоновыемоноамино рI 7 3. Характерные химические реакции АК по карбоксильной и аминогруппам
Аминогруппа является сильным нуклеофильным реагентом и взаимодействует с электронодефицитным атомом углерода Например с СН31 и ангидридом и хлорангидридом уксусной кислоты (SN ), образуя N-алкильные и N-ацильные производные (SN) 1. АЛКИЛИРОВАНИЕ АК  2. АЦИЛИРОВАНИЕ АК  3. ПРИСОЕДИНЕНИЕ – ОТЩЕПЛЕНИЕ ( ОБРАЗОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ШИФФА)  С оксогруппой –С=О идет реакция присоединения - отщепления (AN –Е). Образуя имины или основания Шиффа. Эта реакция используется в количественном определении АК в растворах, так как титрование щелочью невозможно, его проводят после блокады аминогруппы формальдегидом, в результате остается кислая карбоксильная группа, количество этих групп определяется титрованием щелочью, метод получил название «формольное титрование» или метод Серенсена.. В организме образование имина с альдегидной группой пиридоксальфосфата является промежуточным продуктом во всех превращениях АК.   4. Окислительное дезаминирование in vitro Реакция Ван-Слайка С HNO2 аминогруппа АК, как первичный алифатический амин вступает в реакцию окислительного дезаминирования, превращаясь в гидроксил. Эта реакция легаи в основу количественного определения амино- и карбоксильных групп в растворах АК. Называется реакция Ван-Слайка. 
Карбоксильная группа является электрофильным субстратом в реакции SN и взаимодействует с нуклеофильной аминогруппой, образуя амидную или пептидную связь.  3.Качественная реакция на --аминокислотыНингидриновая проба – образование окрашенного сине-феолетового соединения с нингидрином   4. Биохимические реакции -аминокислотАК – мономеры белков, поэтому их превращения в организме связаны с метаболизмом белков. Основной способ получения АК организмом – гидролиз белков. Существует 8 незаменимых АК, которые могут поступать в организм только с белковой пищей, это Валин, Лейцин, Изолейцин, Треонин, Лизин, Метионин, Фенилаланин, Триптофан, (Только Врач И Фармацевт Могут Лечить Людей Таблетками, кроме Тирозина).Для растущих организмов незаменимы также гистидин и аргинин. Заменимые АК синтезируются в организме из других АК и кетокислот реакцией трансаминирования или переаминирования
 АЛАНИН ЩУК  ПВК АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА Под действием кофермента НАД+ или НАДФ+ идет окислительное дезаминирование АК in vivo, в отличие от in vitro с образуются оксогруппы кетокислот 2. Окислительное дезаминирование (in vivo) НАД+ + Н2О  NH2 – СН2 – СООН NН = СН2 – СООН О = СН2 – СООН-2Н - NH3 Для стомат. образование альдлизина: 
Ббиогенные амины образуются из Ак реакцией декарбоксилирования: триптамин и серотонин из триптофана, гистамин из гистидина, коламин из серина, кадаверин из лизина.  3. Поликонденсация АК, образование полипептида.    Номенклатура полипептидных цепей: название начинается с N-конца цепочки, остатки АК без годроксильных групп называются как радикалы, с заменой окончания –ИН на –ИЛ, последняя АК называется полностью с окончанием –ИН. Ала – Цис-Фен: Аланилцистеилфенилаланин Строение пептидной связи: наличие р-п сопряжения, sp2-гибридизации атомов углерода, азота и кислорода в ней определяет ее плоскостное строение и отсутствие вращений вдоль оси связи и транс- конформацию. II. Белки и пептиды Строение белков и полипептидов. Пептиды, содержащие до 10 остатков АК наз олигопептиды. От 10-50 – полипептиды, более 50 – белки. 1. Характеристика первичной структуры белковой или полипептидной молекулы. Первичная структура это последовательность АК, связанных пептидной связью.Эта последовательность закодирована в участке ДНК, называемом геном. В процессе синтеза белка информация, находящаяся в гене переписывается на м-РНК, а затем, используя м-РНК в качестве матрицы на рибосоме происходит сборка первичной структуры белка.   За счет внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определенную пространственную структуру называемую «конформация белков».
Вторичная структура представляет собой наиболее выгодную конформацию в виде правозакрученной - спирали или складчатой -структуры. Стабилизация вторичной структуры идет за счет водородных связей между пептидными группами. 
Третичная структура возникает за счет взаимодействия боковых радикалов в водном растворе. Молекула белка укладывается в пространстве в виде «глобулы» или «клубка» за счет 1.гидрофобного взаимодействия неполярных или гидрофобных радикалов,2. ионных связей. 3. Дисульфидных ковалентных мостиков, образованных при окислении цистеина. 4. водородных связей   . Свойства белков
А. на пептидную связь
 ОБРАЗОВАНИЕ БИУРЕТА Б. на ароматические структуры ксантопротеиновая реакция – взаимодействие с азотной кислотой с образованием нитробензольных производных желтого цвета. |