Разработка учебных занятий в средней и высшей школе

Главными структурными единицами белков и пептидов являются остатки аминокислот, связанные карбоксамидной пептидной связью между α-карбоксильной и α-аминогруппой.

- NH – C=O

Каждый белок характеризуется специфичной аминокислотной последовательностью.

При выяснении структуры белков необходимо установить не только число и природу остатков, но также и порядок их чередования в макромолекуле. Для решения этой задачи производят последовательное отщепление аминокислот с того или другого конца полимерной молекулы с последующей идентификацией их. В методе Эдмана, например, белок обрабатывают раствором фенилизотиоцианата в пиридине и полученный продукт присоединения — раствором НС1 в нитрометане. При этом концевой остаток отщепляется в виде соответствующего фенилтиогидантоина без изменения остальной части макромолекулы:

Фенилтиогидантоин

Щелочной гидролиз фенилтиогидантоина приводит к образованию свободной аминокислоты, которая идентифицируется методами бумажной хроматографии:

Теоретически, повторяя этот процесс многократно, можно отщеплять поочередно все остатки первоначальной белковой молекулы, установив тем самым их взаимное расположение в макромолекуле. Практически, однако, ввиду сложности задачи она была полностью решена только для некоторых белков несложного строения, как, например, инсулин. При этом выяснилось, что в размещении остатков аминокислот по цепи макромолекулы у биологически активных белков отсутствует та регулярность, которая нередко встречается у других полимеров. В то же время у каждого вида белка наблюдается строго определенная последовательность аминокислотных звеньев.

В белковой молекуле некоторые группы, не участвующие в образовании пептидной связи, остаются свободными или используются для создания мостиков между линейными цепями. Благодаря наличию свободных ионогенных кислых или основных групп белки являются полиамфолитами.

Непосредственное образование пептидной связи из групп СООН и аминогруппы, как показывает термодинамический расчет, должно протекать с увеличением свободной энергии системы. Следовательно, синтез белка из аминокислот может произойти только в том случае, если он сопровождается другими процессами, протекающими с уменьшением свободной энергии. В клетках живых организмов такими процессами являются окисление и гликолиз (биохимический распад молекулы глюкозы на 2 молекулы пировиноградной кислоты); энергия, освобождающаяся при этом, в значительной степени концентрируется в виде пирофосфатных связей молекул аденозилтрифосфорной кислоты (АТФ):

АТФ в реакциях схематически изображается так:

Аналогичные обозначения применяются для соответствующих монофосфорной (АМФ) и дифосфорной кислот (АДФ):

Использование энергии пирофосфатных связей в простейшем случае можно представить как результат образования промежуточного смешанного ангидрида аминокислоты (АК) и АМФ, который более реакционноспособен, чем сама аминокислота:

Ads – ОРО(ОН) – ОРО(ОН) – ОРО(ОН)2 + НООС – CHR – NH2 Û

АТФ АК

ÛAds – OPO(OH)OOC – CHR – NH2 + H2P2О7

смешанный ангидрид АМФ-АК

Характерной особенностью биологически активных белков является легкость, с которой они изменяются под влиянием тепла, ферментов кислот и различных органических соединений. При этом происходит денатурация белка с полной утратой его биологической активности. Денатурация меняет специфическую пространственную конформацию макромолекулы, но не сопровождается гидролизом ковалентных связей. В живых организмах эта конформация возникает в результате взаимодействия боковых ответвлений полипептидных цепей, являясь термодинамически неравновесной; во время денатурации белок переходит в равновесную денатурированную форму. При достаточно сильном воздействии ферментов, тепла и различных химических агентов может произойти расщепление макромолекулы на отдельные аминокислоты вследствие гидролиза по пептидным связям.