Белки Строение и свойства

Белки
Строение и свойства
Дьячков Максим
Жук Артур
СОШ №2
Белки

БЕЛКИ – класс биологических полимеров, присутствующих в каждом живом
организме. С участием белков проходят основные процессы, обеспечивающие
жизнедеятельность организма: дыхание, пищеварение, мышечное сокращение,
передача нервных импульсов. Костная ткань, кожный, волосяной покров,
роговые образования живых существ состоят из белков. Для большинства
млекопитающих рост и развитие организма происходит за счет продуктов,
содержащих белки в качестве пищевого компонента. Роль белков в организме и,
соответственно, их строение весьма разнообразно.
Состав белков
Все белки представляют собой полимеры, цепи которых собраны из
фрагментов аминокислот. Аминокислоты – это органические соединения,
содержащие в своем составе (в соответствии с названием) аминогруппу
NH2 и органическую кислотную, т.е. карбоксильную, группу СООН. Из всего
многообразия существующих аминокислот (теоретически количество
возможных аминокислот неограниченно) в образовании белков участвуют
только такие, у которых между аминогруппой и карбоксильной группой –
всего один углеродный атом.


В общем виде аминокислоты, участвующие в образовании белков, могут быть
представлены формулой: H2N–CH(R)–COOH. Группа R, присоединенная к атому
углерода , определяет различие между аминокислотами, образующими белки.

В организмах живых существ содержится более 100 различных аминокислот,
однако, в строительстве белков используются не все, а только 20, так
называемых «фундаментальных». В табл. 1 приведены их названия (большинство
названий сложилось исторически), структурная формула, а также широко
применяемое сокращенное обозначение. Все структурные формулы расположены
в таблице таким образом, чтобы основной
фрагмент аминокислоты
находился справа.
Таблица 1
Аминокислоты участвующие в образовании белков
Название
Глицин
Структура
Обозначение
Гли
Аланин
Ала
Валин
Вал
Лейцин
Лей
Изолейцин
Иле
СЕРИН
СЕР
ТРЕОНИН
ТРЕ
ЦИСТЕИН
ЦИС
МЕТИОНИН
МЕТ
ЛИЗИН
ЛИЗ
АРГИНИН
АРГ
АСПАРАГИНОВАЯ
КИСЛОТА
АСП
АСПАРАГИН
АСН
ГЛУТАМИНОВАЯ
КИСЛОТА
ГЛУ
ГЛУТАМИН
ГЛН
ФЕНИЛАЛАНИН
ФЕН
ТИРОЗИН
ТИР
ТРИПТОФАН
ТРИ
ГИСТИДИН
ГИС
ПРОЛИН
ПРО
Образование белковой молекулы

Белковая молекула образуется в результате последовательного соединения
аминокислот, при этом карбоксильная группа одной кислоты
взаимодействует с аминогруппой соседней молекулы, в результате
образуется пептидная связь –CO–NH– и выделяется молекула воды. На рис.
1 показано последовательное соединение аланина, валина и глицина.

Первый вариант, называемый a-спиралью, реализуется с помощью
водородных связей внутри одной полимерной молекулы.
Геометрические параметры молекулы, определяемые длинами
связей и валентными углами, таковы, что образование водородных
связей оказывается возможным для групп H-N и C=O, между
которыми находятся два пептидных фрагмента H-N-C=O (рис. 2).

В результате стягивающего действия водородных связей молекула
приобретает форму спирали – так называемая a-спираль, ее
изображают в виде изогнутой спиралевидной ленты, проходящей
через атомы, образующие полимерную цепь (рис. 3)

Другой вариант вторичной структуры, называемый b-структурой,
образуется также при участии водородных связей, отличие состоит в том,
что взаимодействуют группы H-N и C=O двух или более полимерных цепей,
расположенных параллельно. (рис. 4)
Третичная структура

Белковая молекула, обладающая третичной структурой, как
правило, принимает определенную конфигурацию, которую
формируют полярные (электростатические) взаимодействия
и водородные связи. В результате молекула приобретает
форму компактного клубка – глобулярные белки (globules,
лат. шарик), либо нитевидную – фибриллярные белки (fibra,
лат. волокно).

Пример глобулярной структуры – белок альбумин, к классу
альбуминов относят белок куриного яйца. Полимерная цепь
альбумина собрана, основном, из аланина, аспаргиновой кислоты,
глицина, и цистеина, чередующихся в определенном порядке.
Третичная структура содержит a-спирали, соединенные
одиночными цепями (рис.5).
Рис.5. ГЛОБУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА АЛЬБУМИНА (белок куриного
яйца). В структуре помимо дисульфидных мостиков присутствуют
свободные сульфгидридные HS-группы цистеина, которые в процессе
разложения белка легко образуют сероводород – источник запаха тухлых
яиц. Дисульфидные мостики намного более устойчивы и при разложении
белка сероводород не образуют
Химические свойства белка

При действии органических растворителей, продуктов жизнедеятельности
некоторых бактерий (молочнокислое брожение) или при повышении
температуры происходит разрушение вторичных и третичных структур без
повреждения его первичной структуры, в результате белок теряет
растворимость и утрачивает биологическую активность, этот процесс
называют денатурацией, то есть потерей натуральных свойств, например,
створаживание кислого молока, свернувшийся белок вареного куриного
яйца. При повышенной температуре белки живых организмов (в частности,
микроорганизмов) быстро денатурируют. Такие белки не способны
участвовать в биологических процессах, в результате микроорганизмы
погибают, поэтому кипяченое (или пастеризованное) молоко может дольше
сохраняться.
Последовательное расщепление полипептида

Подобный анализ может дать информацию об аминокислотном составе того
или иного белка, однако важнее знать их последовательность в белковой
молекуле. Одна из широко применяемых для этой цели методик – действие
на полипептидную цепь фенилизотиоцианата (ФИТЦ), который в щелочной
среде присоединяется к полипептиду, а при изменении реакции среды на
кислую, отсоединяется от цепи, унося с собой фрагмент одной
аминокислоты (рис. 6).
Роль белков в организме

Ферменты (fermentatio лат. – брожение), другое их название –
энзимы (en zumh греч. – в дрожжах) – это белки, обладающие
каталитической активностью, они способны увеличивать скорости
биохимических процессов в тысячи раз. Под действием ферментов
составные компоненты пищи: белки, жиры и углеводы –
расщепляются до более простых соединений, из которых затем
синтезируются новые макромолекулы, необходимые организму
определенного типа. Ферменты принимают участие и во многих
биохимических процессах синтеза, например, в синтезе белков
(одни белки помогают синтезировать другие).
Гемоглобин

Гемоглобин – один из наиболее подробно изученных белков, он
состоит из a-спиралей, соединенных одиночными цепями, и
содержит в своем составе четыре комплекса железа. Таким
образом, гемоглобин представляет собой как бы объемистую
упаковку для переноса сразу четырех молекул кислорода. По
форме гемоглобин соответствует глобулярным белкам (рис. 7).
Рис. 7. ГЛОБУЛЯРНАЯ ФОРМА
ГЕМОГЛОБИНА, содержащего
четыре молекулы комплекса железа.
«Работоспособность» белков

«Работоспособность» белков зависит от их строения, например,
замена единственного аминокислотного остатка глутаминовой
кислоты в полипептидной цепи гемоглобина на остаток валина
(изредка наблюдаемая врожденная аномалия) приводит к
заболеванию, называемому серповидноклеточная анемия.
Виды белков


Существуют также транспортные белки, способные связывать жиры,
глюкозу, аминокислоты и переносить их как внутрь, так и вовне клеток.
Пищевые и запасные белки, как следует из названия, служат источниками
внутреннего питания, чаще для зародышей растений и животных, а также
на ранних стадиях развития молодых организмов.

Структурные белки выполняют защитную функцию (кожный покров) или
опорную – скрепляют организм в единое целое и придают ему прочность
(хрящи и сухожилия).
Структура белков

Состав белковой молекулы, представленный в виде чередующихся
остатков аминокислот называют первичной структурой белка.
Между присутствующими в полимерной цепи имино- группами HN
и карбонильными группами CO возникают водородные связи в
результате молекула белка приобретает определенную
пространственную форму, называемую вторичной структурой.
Наиболее распространены два типа вторичной структуры белков.
Регуляторные белки

Регуляторные белки, чаще называемые гормонами, участвуют в
различных физиологических процессах. Например, гормон инсулин
(рис.8) состоит из двух a-цепей, соединенных дисульфидными мостиками.
Инсулин регулирует обменные процессы с участием глюкозы, его
отсутствие ведет к диабету.
Рис.8. БЕЛОК ИНСУЛИН показан в
виде объемной модели и в
форме третичной структуры.
Состоит из двух a-спиральных
цепей, связанных двумя
дисульфидными мостиками
(сравни с рис. 2, где его
строение показано
схематически)
Функции белков

Белки играют важнейшую роль в жизнедеятельности всех организмов. При
пищеварении белковые молекулы перевариваются до аминокислот,
которые, будучи хорошо растворимы в водной среде, проникают в кровь и
поступают во все ткани и клетки организма. Здесь наибольшая часть
аминокислот расходуется на синтез белков различных органов и тканей,
часть—на синтез гормонов, ферментов и других биологически важных
веществ, а остальные служат как энергетический материал. Т.е. белки
выполняют каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны),
транспортные (гемоглобин, церулоплазмин и др.), защитные (антитела,
тромбин и др.)
Содержание:














1)Белки
2)Состав белков
3)Таблица1 Аминокислоты участвующие в образовании белков
4) Образование белковой молекулы
5)Третичная структура
6) Химические свойства белка
7) Последовательное расщепление полипептида
8) Роль белков в организме
9) Гемоглобин
10) «Работоспособность» белков
11) Виды белков
12) Структура белков
13) Регуляторные белки
14) Функции белков