Элементный состав белков

ГЛАВА 2 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛКОВ

ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ХИМИИ БЕЛКА

Использование аспарагина

Синтез аспарагина

АСПАРАГИН

1. Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

Белки (протеины) – высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот. Названием белки (белковые вещества) обозначают соединения, которые по аналогии с белком куриного яйца при кипячении в процессе денатурации приобретают белый цвет. В 1728 году итальянский ученый Я. Б. Беккари впервые получил из пшеничной муки препарат белкового вещества – клейковину. Он подверг ее сухой перегонке и в 1745 году опубликовал первую статью о белке. В 1759 г. А. Кессель-Майер, а несколько позднее И. Руэль описали выделение клейковины из различных растений и охарактеризовали ее свойства. В 1762 г. А. Халлер исследовал процесс образования и свертывания казеина, а в 1777 г. А. Тувенель, работавший в Петербурге, называет творог белковой частью молока.

Важнейший этап в изучении белков связан с работами французского химика А. Фуркруа, который рассматривал белки как индивидуальные вещества. Он доказал единую природу белковых веществ, выделенных из растительных и животных источников. Для трех главных белковых компонентов крови А. Фуркруа предложил названия: альбумин, желатин, фибрин. В 1780 г. Ф. Вассерберг к телам белковой природы относит хрусталик глаза.

В 1810 году Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар впервые определили элементный состав белковых веществ. В 1833 году Ж. Гей-Люссак доказал, что в белках обязательно присутствует азот, а английский химик Д. Дальтон изобразил первые формулы белковых веществ, представляя их с одинаковым составом, но с различным изображением молекул, которые сейчас называют изомерными (рисунок 1). Однако понятия изомерии в те времена еще не существовало.

Рисунок 1 - Формулы белков Д. Дальтона

Термин "протеины", введенный Барцелиусом в 1838 г, происходит от греческого слова proteios, означающего "первостепенный". Оно точно отражает главенствующее биологическое значение важнейшего класса соединений, заключающееся в обеспечении сложной молекулярной структуры и специфических функций живых организмов. В 1840 голландский химик Г. Мульдер обнаружил, что в тканях животных и растений содержатся вещества, напоминающие по своим свойствам яичный белок.

Постепенно было установлено, что белки представляют собой обширный класс разнообразных веществ, построенных по одинаковому типу. Отмечая первостепенное значение белков для процессов жизнедеятельности, Энгельс писал «Жизнь — есть способ существования белковых тел».. Он заключается «в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Сохраняя определенную структуру, белок непрерывно обменивает свои составные части.

В природе существует около 10¹⁰-10¹² различных видов белков, входящих в состав живых организмов (вирусов, растений, животных, человека). Разновидность белков обусловливается способностью 20 протеиногенных a-аминокислот взаимодействовать друг с другом с образованием полимерных молекул с молекулярной массой от 5000 до 1000000 и более дальтон[1].

Дальтон (Да) – единица массы, практически равная массе атома водорода (1,0000 по шкале атомных масс). Наименование дано в честь Д. Дальтона, разработавшего атомарную теорию строения материи. Килодальтон (кД) – единица массы, равная 1000 дальтон.

Белки не являются регулярными полимерами, они построены из остатков a-аминокислот, общую формулу которых в водном растворе при значениях pH, близких к нейтральным, сокращенно можно записать как NH₃⁺CHRCOO^–или в более развернутом виде:

Остатки аминокислот в белках соединены между собой амидной связью между a-амино- и a-карбоксильными группами. Амидная связь между двумя a-аминокислотными остатками обычно называется пептидной связью, а полимеры, построенные из остатков a-аминокислот, соединенных пептидными связями, называют полипептидами. В состав белка может входить как один полипептид, так и несколько полипептидов, образующих за счет нековалентных взаимодействий единый комплекс, обладающий той или иной биологической функцией.

Определение химического состава белков включает исследование их элементного и аминокислотного составов. Для этого выполняют количественный и качественный анализ различных элементов и аминокислот. Оба этих вида анализа основаны на использовании специфических качественных химических реакциях, физико-химических, биохимических или других видах свойств элементов и аминокислот (См. 2.2.9).

Химический анализ белков показывает наличие в них углерода (50-55%), кислорода (21-23%), азота (15-17%), водорода (6-7%) и серы (0,3-2,5%). В составе отдельных белков обнаружены также фосфор, йод, железо, медь и другие макро- и микроэлементы, часто в очень незначительных количествах.

Содержание основных химических элементов в белках может отличаться, за исключением азота, концентрация которого характеризуется наибольшим постоянством. В среднем она составляет 16%, кроме того, содержание азота в других соединениях мало, поэтому общее количество белка, входящее в состав органического материала, предложено определять по количеству азота. Зная, что 1 г азота в среднем содержится в 6,25 г белка, то количество азота умножают на коэффициент 6,25 и получают количество белка, содержащееся в органическом объекте.

Для определения химической природы мономеров (аминокислот) вначале белок разделяют на мономеры, затем определяют их качественный и количественный составы. Расщепление белка до аминокислот осуществляют с помощью метода гидролиза с сильными минеральными кислотами (кислотный гидролиз) или основаниями (щелочной гидролиз). Наиболее часто используют обработку белка 6 н. HCl при 110 °С в течение 24 ч в вакууме. После гидролиза аминокислоты гидролизата обычно разделяют методом хроматографии.

2.2 Аминокислоты – структурные компоненты белков

Определение.Аминокислоты – полифункциональные соединения, содержащие, по меньшей мере, две химические группировки: амино (-NH₂) и карбоксильные (–СООН) группы, способные реагировать друг с другом с образованием ковалентной пептидной (амидной) связи.

В природе встречается свыше 150 различных аминокислот, но только 22 из них входят в состав белков и играют при этом жизненно важную роль. В аминокислотах –NH₂ и –СООН группы присоединены к одному и тому же атому углерода, который называют a-углеродным атомом:

R

|

H – C ^a – NH₂

|

COOH

Аминокислоты отличаются друг от друга структурой радикалов, от которой зависят физические, химические свойства и физиологические функции белков в организме. Формулы наиболее распространенных в природе аминокислот приведены в Приложении 2.