Белки: история исследования, химический состав, свойства, биологические функции

Интенсивно исследуются антибиотики, взаимодействующие с ДНК и этим нарушающие процессы, связанные с реализацией заложенной в ней наследственной информацией. Антибиотики с таким механизмом действия обычно высокотоксичны и используются только в химотерапии злокачественных опухолей. В качестве примера можно привести актиномицин D:

Токсины :

Ряд живых организмов в качестве защиты от потенциальных врагов вырабатывают сильно ядовитые вещества - токсины. Многие из них являются белками, однако, встречаются среди них и сложные низкомолекулярные органические молекулы. В качестве примера такого вещества можно привести ядовитое начало бледной поганки - -аманитин:

Это соединение специфично блокирует синтез эукариотических и-РНК. Для человека смертельной дозой является несколько мг этого токсина.

ГЛАВА 10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние десятилетия изменился сам подход к решению основополагающих проблем биологии. Один из основателей молекулярной биологии, английский ученый, лауреат Нобелевской премии Джон Кендрью сказал: “Биологи прежних лет в целом продвигались сверху вниз. Они начинали с целого организма, потом разнимали его на части и рассматривали отдельные органы и ткани; далее они изучали отдельные клетки под микроскопом так мало-помалу они продвигались вниз от сложного к простому. Новая биология начинает с другого конца и продвигается с самого низа вверх. Она начала с простейших компонентов живого организма стала изучать отдельные молекулы и их взаимодействие внутри клеток, пренебрегая всем остальным. Теперь пришла пора обратиться к этому остальному и двигаться вдоль иерархии биологической организации”.

Однако биология, сложнейшая необъятная наука, отнюдь не сводится к молекулярной биологии или биоорганической химии. Они представляют собой лишь подходы к решению некоторых биологических задач. За последние четверть века на этом пути были сделаны блестящие, иногда даже сенсационные открытия. Есть все основания полагать, что череда этих открытий еще не закончилась, как не закончилась еще революция в биологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

В.Т. Иванов, А.Н. Шамин. Путь к синтезу белка. Ленинград: Химия, Ленинградское отделение, 1982 г.

Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1998 г.

Р. Марри, Д. Греннер. Биохимия человека. Т. 1-2 . М.: Мир, 1993 г.

А. Уайт, Ф. Хендлер. Основы биохимии. Т. 1-3. М.: Мир, 1981 г.

Б. Албертс, Д. Брей. Молекулярная биология клетки. Т. 1-3. М.: Мир, 1994 г.

Г. Шульц, Р. Ширмер. Принципы структурной организации белков. М.: Мир, 1982 г.

А.О. Рувинский, В.К. Шумной. Общая биология. М.: Просвещение, 1995 г.

Н.Н. Приходченко, Т.П. Шкурат. Основы генетики человека. Ростов_на-Дону: Феникс, 1997 г.

В.Н. Ярыгин. Биология. Т. 1-2. М.: Высшая школа, 1999 г.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I

Приложение II

Открытие аминокислот в составе белков

Приложение III

Цветные реакции на белки

Цветные реакции применяются для установления белковой природы веществ, идентификации белков и определение их аминокислотного состава в различных биологических жидкостях. В клинической лабораторной практике эти методы используются для определения количества белка в плазме крови, аминокислот в моче и крови, для выявления наследственных и приобретенных патологий обмена у новорожденных.

Биуретовая реакция на пептидную связь

В основе ее лежит способность пептидных связей (- CO-NH- ) образовывать с сульфатом меди в щелочной среде окрашенные комплексные соединения, интенсивность окраски которых зависит от длины полипептидной цепи. Раствор белка дает сине-фиолетовое окрашивание.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р (белок куриного яйца фильтруют через марлю и разводят дист-ой водой 1:10); 2) NaOH, 10% р-р; 3) Cu(OH)₂, 1% р-р.

Ход определения. В пробирку вносят 5 капель р-ра яичного белка, 3 капли NaOH, 1 каплю Cu(OH)₂, перемешивают. Содержимое пробирки приобретает сине-фиолетовое окрашивание.

Нингидриновая реакция

Сущность реакции состоит в образовании соединения, окрашенного в сине-фиолетовый цвет, состоящего из нингидрина и продуктов гидролиза аминокислот. Эта реакция характерна для аминогрупп в -положении, присутствующих в природных аминокислотах и белках.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) нингидрин, 0,5% водный р-р.

Ход определения. В пробирку вносят 5 капель р-ра яичного белка, затем 5 капель нингидрина, нагревают смесь до кипения. Появляется розово-фиолетовое окрашивание, переходящее с течением времени в сине-фиолетовое.

Ксантопротеиновая реакция

При добавлении к р-ру белка конц-ой азотной к-ты и нагревании появляется желтое окрашивание, переходящее в присутствии щелочи в оранжевое. Сущность реакции состоит в нитровании бензольного кольца циклических аминокислот азотной к-ой с образованием нитросоединений, выпадающих в осадок. Реакция выявляет наличие в белке циклических аминокислот.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) конц. азотная к-та; 3)NaOH,10% р-р.

Ход определения. К 5 каплям р-ра яичного белка добавляют 3 капли азотной к-ты и (осторожно!) нагревают. Появляется осадок желтого цвета. После охлаждения добавляют (желательно на осадок) 10 капель NaOH, появляется оранжевое окрашивание.

Реакция Адамкевича

Аминокислота триптофан в кислой среде, взаимодействуя с альдегидами кислот, образует продукты конденсации красно-фиолетового цвета.

Реактивы: 1) неразбавленные яичный белок, 2) конц. (ледяная) уксусная к-та; 3) конц. серная к-та.

Ход определения. К одной капле белка прибавляют 10 капель уксусной к-ты. Наклонив пробирку, осторожно по стенке добавляют по каплям 0,5 мл серной к-ты так, чтобы жидкости не смешивались. При стоянии пробирки на границе жидкостей появляется красно-фиолетовое кольцо.

Реакция Фоля

Аминокислоты, содержащие сульфгидрильные группы - SH, подвергаются щелочному гидролизу с образованием сульфида натрия Na₂S. Последний, взаимодействуя с плюмбитом натрия ( образуется в ходе реакции между ацетатом свинца и NaOH), образует осадок сульфида свинца PbS черного или бурого цвета.

Na₂S + Na₂PbO₂ + 2H₂O PbS + 4NaOH.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) реактив Фоля ( к 5% -р-ру ацетата свинца прибавляют равный объем 30% р-ра NaOH до растворения образовавшегося осадка).

Ход определения. К 5 каплям р-ра белка прибавляют 5 капель реактива Фоля и кипятят 2-3 мин. После отстаивания 1-2 мин появляется черный или бурый осадок.

Приложение IV

Реакции осаждения белков

Белки в р-ре и соответственно в организме сохраняются в нативном состоянии за счет факторов устойчивости, к которым относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка вокруг нее. Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и выпадению их в осадок. Осаждение белков может быть обратимым и необратимым в зависимости от реактивов и условий реакции. В клинической лабораторной практике реакции осаждения используют для выделения альбуминовой и глобулиновой фракций белков плазмы крови, количественной характеристики их устойчивости в плазме, обнаружения белков в биологических жидкостях и освобождения от них с целью получения безбелкового р-ра.

Обратимое осаждение

Под действием факторов осаждения белки выпадают в осадок, но после прекращения действия (удаления) этих факторов белки вновь переходят в растворимое состояние и приобретают свои нативные свойства. Одним из видов обратимого осаждения белков является высаливание.

Высаливание. Насыщенным р-ом сульфата аммония осаждается альбуминовая фракция белков, полунасыщенным р-ром - глобулиновая фракция.

Сущность реакции заключается в дегидратации молекул белка.

Реактивы: 1)неразведенный яичный белок; 2) насыщенный р-р сульфата аммония; 3) NaOH, 10% р-р, 4) CuSO₄, 1% р-р; 5) дистл-ая вода; 6)сульфат аммония в порошке.

Ход определения. В пробирку наливают 30 капель неразв-го яичного белка и добавляют равное количество насыщенного р-ра сульфата аммония. Содержимое пробирки перемешивают. Получают полунасыщенный р-р сульфата аммония, при этом глобулиновая фракция осаждается, а альбуминовая остается в р-ре. Последнюю отфильтровывают, затем смешивают с порошком сульфата аммония до тех пор пока не прекратится раств-ие соли, при этом выпадает осадок - глобулины.

Необратимое осаждение белков

Необратимое осаждение белков связано с глубокими нарушениями структуры белков (вторичной и третичной) и потерей ими нативных свойств. Такие изменения белков можно вызвать кипячением, действием конц. р-ров минеральных и органических к-т, солями тяжелых металлов.

Осаждение при кипячении

Белки являются термолабильными соединениями и при нагревании свыше 50-60С денатурируются. Сущность тепловой денатурации заключается в разрушении гидратной оболочки, разрыве стабилизирующих белковую глобулу связей и развертывании белковой молекулы. Наиболее полное и быстрое осаждение происходит в изоэлектрической точке (когда заряд молекулы равен нулю), поскольку частицы белка при этом наименее устойчивы. Белки, обладающие кислыми свойствами, осаждаются в слабокислой среде, а белки с основными свойствми - в слабощелочной. В сильнокислых или сильнощелочных р-рах денатурированный при нагревании белок в осадок не выпадает, т.к. его частицы перезаряжаются и несут в первом случае положительный, а во втором - отрицательный заряд, что повышает их устойчивость в р-ре.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) уксусная к-та, 1% и 10% р-ры; 3) NaOH, 10% р-р.

Ход определения. В 4 пронумерованные пробирки приливают по 10 капель р-ра яичного белка. Затем 1-ю пробирку нагревают до кипячения, при этом р-р мутнеет, но т.к. частицы денатурированного белка несут заряд, они в осадок не выпадают. Это связано с тем, что яичный белок имеет кислые свойства ( его изоэлектрическая точка 4,8) и в нейтральной среде заряжен отрицательно; во вторую пробирку добавляют 1 каплю 1% р-ра уксусной к-ты и нагревают до кипячения. Белок выпадает в осадок, т.к. его р-р приближается к изоэлектрической точке и белок теряет заряд ( один из факторов устойчивости белка в р-ре); в 3-ю пробирку добавляют 1 каплю 10% р-ра уксусной к-ты и нагревают до кипения. Осадка не образуется, т.к. в сильнокислой среде частицы белка приобретают положительный заряд ( сохраняется один из факторов устойчивости белка в р-ре); в 4-ю пробирку наливают 1 каплю р-ра NaOH, нагревают до кипения. Осадок не образуется, поскольку в щелочной среде отрицательный заряд белка увеличивается.

Осаждение концентрированными минеральными к-тами

Концентрированные кислоты (серная, хлористоводородная, азотная и др.) вызывают денатурацию белка за счет удаления факторов устойчивости белка в р-ре (заряда и гидратной оболочки). Однако при избытке хлористоводородной и серной к-т выпавший осадок денатурированного белка снова растворяется. По-видимому, это происходит в результате перезарядки молекул белка и частичного их гидролиза. При добавлении избытка азотной к-ты растворения осадка не происходит. Вот почему для определения малых количеств белка в моче при клинических исследованиях применяется азотная к-та.

Реактивы: 1) яичный белок,1% р-р; 2) конц. серная к-та; 3) конц. хлористоводородная к-та; 4) конц. азотная к-та.

Ход определения. В три пробирки наливают по 5 капель концентрированной серной, хлористоводородной и азотной к-т. затем, наклонив пробирку под углом 45, осторожно по стенке наслаивают такой же объем яичного белка. На границе двух слоев появляется осадок белка в виде белого кольца. Осторожно встряхивают пробирки, наблюдают растворение белка в пробирках с серной и хлористоводородной к-тами, в пробирке с азотной к-ой растворения белка не происходит.

Осаждение органическими к-ами

Трихлоруксусноая к-та осаждает только белки, а сульфосалициловая осаждает не только белки, но и высокомолекулярные пептиды. Сульфосалициловой к-ой пользуются при определении белка в моче.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) трихлоруксусная к-та, 10% р-р; 3) сульфосалициловая к-та, 10% р-р.

Ход определения. В две пробирки вносят по 5 капель р-ра белка. В одну из них прибавляют 2 капли сульфосалициловой к-ты, а в другую - 5 капель трихлоруксусной к-ты. В пробирках выпадает осадок белка.

Осаждение белка солями тяжелых металлов

Белки при взаимодействии с солями свинца, меди, ртути, серебра и других тяжелых металлов денатурируются и выпадают в осадок. Однако при избытке некоторых солей наблюдается растворение первоначально образовавшегося осадка. Это связано с накоплением ионов металла на поверхности денатурированного белка и появлением положительного заряда на белковой молекуле.

Реактивы: 1) яичный белок, 1% р-р; 2) сульфат меди, 10% р-р; 3) ацетат свинца, 5% р-р; 4) нитрат серебра, 5% р-р.

Ход определения. В три пробирки вносят по 5 капель белка. В первую добавляют 1 каплю ацетата свинца, в третью - 1 каплю нитрата серебра. Во всех пробирках выпадает осадок. Затем в первую пробирку добавляют 10 капель нитрата серебра - растворения осадка нет.

Размещено на Allbest.ru