Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

ания белковых тел». Белки чрезвычайно разнообразны по структуре и выполняют многочисленные биологические функции (схема 1).

В настоящее время трудно оценить общее число белков во всем царстве живой природы, но, учитывая огромное разнообразие орга иизмов, следует признать факт существования по крайней мере многих миллиардов химически индивидуальных белков. Лишь в клетке Escherichia coli содержится более 3000 различных белков.

Молекулярная масса белков варьирует от 5 — 10 тыс. до 1 млн. и более. Сравнительно небольшие молекулы белковой природы (с молекулярной массой условно до 5000) называются пептидами. К пептидам относятся многие природные вещества с вамкными биологическими функциями (схема 2), их синтетические аналоги, а также продукты расщепления белков.

Биологические функции белково пептидных веществ. Главная функция белков-ферментов — катализ биохимических реакций, и только ее одной было бы достаточно, чтобы считать белкн самым важным классом биорегуляторов. Как биологические катализаторы ферменты участвуют в тысячах превращений, происходящих в живой клетке и составляющих основу ее метаболизма. Особое значение имеют такие универсальные ферментные системы, как ДНК- и РНК-полимеразы, разнообразные адеиозиитрифосфатазы (АТФазы), аденилатциклазы. В целом группа белков-ферментов изучена сравнительно хорошо, причем существенно то, что в процессе их исследования были сформулированы общие принципы и разработаны методы структурно-функционального анализа белковых веществ.

Среди гормонов белками являются инсулин, секретируемый поджелудочной железой, паратиреоидный гормон щитовидной железы, а также ряд гормонов гипофиза — гормон роста, липотропин, про-лактин, гонадотропин, лютеинизирующий и фолликулостимулирую-щий гормоны, тиреотропин; белковую природу имеют и некоторые, пока мало изученные гормоны кишечника. Значительное число известных гормонов являются пептидами — окситоцин, вазопрессин, адренокортикотропный гормон, а- и р-меланоцитстимулирующие гормоны (гипофиз), глюкагон (поджелудочная железа), гастрин, секретин и холецистокинин (желудочно-кишечный тракт), кальци-тонин (щитовидная железа), тканевые гормоны брадикинин и ангиотензин. вещества гормонального характера глутатион и офтальмовая кислота и др.

21

Белки и пептиды

Схема 2. Биологические функции пептидов.

| коны (онсиюцин. вазопрессин. Бредни инн и гастрин

Нейр ¦ птиды уа ,

К гормонам близко примыкают так называемые рилизинг-факторы гипоталамуса (либерины), а также соответствующие ингибиторы, представляющие собой сравнительно небольшие пептиды; их основная функция заключается в контроле секреции гормонов гипофиза.

Здесь уместно упомянуть и недавно открытые нейропептиды мозга — энкефалины, эндорфины, пептиды памяти, сна и т. п. Установлено, что эти пептиды образуются из более сложных белковых предшественников путем процессинга. Быстрый рост числа вновь обнаруживаемых соединений такого типа свидетельствует о важности химических механизмов в регуляции поведения и высшей нервной деятельности.

Среди белково-пептидных веществ имеется много антибиотиков. К ним относятся колицнны, итурин, актиноксантин, неокарцино-ствтин и ряд других, пока плохо охарактеризованных соединений. Многочисленную группу составляют антибиотики-пептиды: грамицидин S, грамицидины А, В и С, тироцидины 6ацитрацины поли мнксины, антибиотики депсипех1тиды — валиномицин, энниатины, актиномицин D, ннзин. этамицин, эхиномицнн; сюда же могут быть отнесены пенициллины, цефалоспорины, бластолизин и т. п.

Наиболее мощные из известных токсинов являются белками микробного происхождения. По уровню токсичности не имеют себе равных ботулинический, столбнячный и дифтерийный токсины и ряд энтеротоксинов. Среди растительных токсичных белков хорошо

Бойль |Boyle) Роберт (1627—1691). английский химик и физик. Образование получил в колледже Итона и Женевской академии. Развил атомистическую теорию, впервые дал научное определение химического элемента указал на принципиальное значение эксперимента в химических исследованиях, заложил основы химического анализа, сформулировал один из газовых законов (закон Бойля — Ма риотта).

22

Белки и пептиды

Фуркруа (Fourcroy) Лнтуан Франсуа

де (1755—1809), французский химик, иностранный почетный член Петербургской АН (1802). Окончил Парижский университет (1780). Основные работы посвящены систематике химических соединений. Участвовал в разработке рациональной химической номенклатуры. Сторонник антифлогистической теории в химии. Установил химическую природу мочевины (1799, совместно с Л. Вокленом)

Дальтон [Dalton) Джон (1766—1844), английский физик и химик, основоположник химической атомистики. Образование получил самостоятельно, с 1793 г. преподавал в Новом колледже в Манчестере. Установил закон кратных отношений (1803), ввел понятие «атомный вес», первым определил атомные массы многих элементов. Открыл газовые законы, названные его именем (1801 и 1803). Впервые описал дефект зрения, названный дальтонизмом (1794).

изучены рицин (клещевина) и абрин. Белками являются и многочисленные зоотоксины змей, пауков, ракообразных. Среди пептидов необходимо упомянуть токсины пчел, шершней, ос, морских анемон и других морских организмов, ядовитые начала бледной поганки фал о и дин и аманнтин, их антагонист антаманнд. грибковый метаболит малформин и др.

К группе пептидных алкалоидов принадлежат действующие начала спорыньи — эрготамин, эргозин, эргокристин, а также фран гуланин, скутианин, цицифин, пандамин.

Большую группу составляют так называемые транспортные белки, т. е. белки, участвующие в переносе различных веществ, ионов и т. п. К ним обычно относят цитохром с, участвующий в транспорте электронов, гемоглобин, гемоцианин и миоглобин переносящие кислород, а также сывороточный альбумин (транспорт жирных кислот в крови), р" липопрокин (транспорт липидов), церулоплаз-мин (транспорт меди в крови) липид обменивающие белки мембран. В последнее время эта группа пополнилась мембранными белками, выполняющими функции нонных каналов,— здесь необходимо упомянуть белковые компоненты полосы В-3, ответственные за транспорт анионов через эритроцитарную мембрану, белки Na Са* + - и К каналов возбудимых мембран. К «транспортным» пептидам резонно отнести канал-образующие соединения типа ала мети ци на и грамицидинов А, В и С, а также пептидные антибиотики — ионофоры ряда валиномицина, энннатина и др.

Под понятием защитные белки объединяются вещества белковой природы, которые помогают организму преодолевать патологические состояния или бороться с возбудителями заболеваний (главным образом, в случае высших организмов). Сюда относятся, в частности, иммуноглобулины, антигены главного комплекса тканевой совместимости, антиген распознающие рецепторы лимфоцитов, лимфокины, монокины, а также белки системы комплемента; вполне логично рассматривать здесь и антивирусные агенты типа интерферона, факторы некроза опухолей и др. В эту же группу могут быть включены и белки, вызывающие свертывание крови (фибриноген, фибрин, тромбин).

Среди структурных белков необходимо прежде всего упомянуть макромолекулы, составляющие остов многих тканей и органов и определяющие их механические свойства: коллаген соединительных тканей, костей и суставов, эластин связок, ее кератин кожи, волос, ногтей, рогов и перьев, склеротии наружного скелета насекомых, фиброин шелка. Эта группа может быть дополнена протео ликанами клеточных стенок бактерий, белквми оболочек вирусов, некоторыми мембранными и рибосомальными белками. Отметим, что приписываемая многим белкам чисто структурная функция часто связана лишь с недостаточным уровнем знаний об их других, более специфических функциях.

Родственный класс составляют так называемые двигательные белки. Из них наиболее известны белки сократительного аппарата мышц — актин и миозин. Их разновидностью являются динеин ресничек и жгутиков простейших, спектрин мембран эритроцитов, нейростенин пресинаптических мембран и т. п. Сюда можно отнести и белки бактерий, ответственные за движение в градиенте концентраций различных веществ (хемотаксис), в частности мальтозу-связывающий белок Е oh

Из рецепторных белков следует, безусловно, упомянуть родопсин зрительного аппарата животных и родственный ему бактериородопсин галофильных бактерий, которые способны воспринимать и преобразовывать световые сигналы. В настоящее время интенсивно изучаются рецепторы многочисленных гормонов, а также нейропеп-тидов мозга, рецепторы нейромедиаторов (например, ацетилхоли-

новый рецептор постсинаптических мембран), рецепторы клеточной поверхности эритроцитов, лимфоцитов и других клеток.

Менее определена функция группы регуляторных белков и пептидов, поскольку, в известной степени, эту роль выполняют любые белки. Сюда относят белково-пептидные вещества, не вошедшие в состав вышеупомянутых групп, но весьма важные для функционирования отдельных звеньев клеточного механизма, например гистоны и репрессоры, регулирующие активность генов, «воротные» белки мембранных каналов, рибосомальные белковые факторы инициации и элонгации (см. с. 422). К этой группе можно отнести и встречающиеся в мышечной ткани природные пептиды карнпзин и ансерин.

Наконец, следует упомянуть группу запасных белков. В ее состав входят овальбумин яичного белка, казеин молока, глиадин пшеницы, эеин ржи, гордеин ячменя, а также ферритин («депо» железа в селезенке) и др.

Белки — важнейшая составная часть пищи человека и корма животных. Человеку необходимо в день в среднем 70 г белка. Главным источником пищевого белка являются сельскохозяйственные продукты — мясо, молоко, пшеница, рожь, кукуруза, рис, соя, горох, фасоль, различные овощи и фрукты; значительные количества белка содержат рыба и продукты моря. Основными характеристиками пищевого или кормового белка принято считать его переваривае-мость и сбалансированность по аминокислотному составу; это устанавливается путем сравнения данного белка со стандартным препаратом, например казеином или лактальбумином, в наилучшей степени отвечающим физиологическим потребностям человека и животных. В то же время известно что многие белки содержат недостаточное количество некоторых незаменимых аминокислот — лизина, триптофана, метионина, вследствие чего их питательная ценность резко снижается; примером может служить белок кукурузы, обнаруживающий дефицит по лизину. В этом случае целесообразно для компенсации добавлять к рациону рассчитанные количества недо стающего компонента — в виде свободной аминокислоты либо в виде другого белка, специфически богатого данным компонентом. Таким путем, в частности, готовят искусственные питательные смеси, применяемые для лечебного питания во многих странах.

Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме животных и должны поступать извне — с пищей. К ним относятся: гйстидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин и аргинин. Организм некоторых животных обладает способностью синтезировать, хотя и недостаточно быстро, аргинин, необходимый для нормального роста.

В настоящее время на земном шаре ощущается острый белковый дефицит, связанный с недостаточным производством и неравномерным распределением продуктов питания, а также быстрым ростом народонаселения. Эта проблема, особенно актуальная в развивающихся странах Азии и Африки, привлекает пристальное внимание многих государств и международных организаций. Лучшим и наиболее естественным путем увеличения производства пищевых продуктов является повышение продуктивности сельскохозяйственного производства во всех регионах нашей планеты на основе внедрения новейших достижении науки. Большое значение приобретает использование нетрадиционных источников белка — к ним можно отнести огромные биологические ресурсы Мирового океана, в частности криль, планктон и др. В этой связи несомненные перспективы открывает получение белка с помощью микробиологического синтеза: исходным сырьем здесь могут служить углеводороды нефти, чистые парафины, природный газ, отходы деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, меласса, синтетические

23

Белки и пептиды

в

Ген Люссак [Gay-Luisac) Жозеф Лун

(1778—1650). французский химик и физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1829). Образование получил в Политехнической школе в Париже (1806), ученик К Бертолле. Открыл газовые законы, названные его именем. Получил синильную кислоту (1611), построил первые диаграммы растворимости (1619). Усовершенствовал методы элементного и объемного химических анализов. Улучшил технологию производства серной кислоты (Башня Гей-Люссвка).

п

Браконно [Braconnotf Анри (1760— 1855), французский химик. Образование получил в Страсбургском и Парижском университетах. Основное направление работ — химия природных соединений. Впервые успешно осуществил выделение белков из растительных и животных тканей. Открыл в продуктах гидролиза белка глицин (1820).

24

Белки и пептиды

Воклен (Viuquelln) Лун Никола

(1763—1829) французский химик. Образование получил самостоятельно. Совместно с А. Фуркруа выяснил химическую природу мочевины (1799). Вместе с П. Робике открыл аспарагин (1805) Открыл и выделил в свободном состоянии хром и бериллий (1798).

Мульдер |Mu1der| Геррит Ян

(1602—1880) — голландский химии и врач, создатель первой теории строения белковых веществ. В 1840—1862 гг.— профессор Утрехтского университета. Предложил формулы протеина и индивидуальных белков (1638), построенные на основании протеиновой теории. Впервые осуществил синтез диметилблрби уровои кислоты (1879), получил фиброин из шелка (1637).

спирты (метанол, этанол), метан и т. п. Мощная микробиологическая промышленность, производящая белково витаминные концентраты в качестве добавок в корм сельскохозяйственным животным, создана в Советском Союзе.

Белку и его компонентам — аминокислотам — отводится центральное место и в проблеме создания искусственной пищи, над решением которой работают многие лаборатории мира.

Исторический очерк. Свое название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался человеком как составная часть пищи. Согласно описаниям Г. Плиния Старшего, уже в Древнем Риме яичный белок применялся и как лечебное средство. Однако подлинная история белковых веществ начинается тогда, когда появляются первые сведения о свойствах белков как химических соединений (свертываемость при нагревании, разложение кислотами и крепкими щелочами и т. п.). Среди белков животного происхождения, вслед за яичным белком, были охарактеризованы белки крови. Образование сгустков крови при ее свертывании описано еще основателем учения о кровообращении У Гарвеем; позднее на этот факт обратил внимание и Р. Бойль. Среди растительных белков пальма первенства принадлежит нерастворимой в воде клейковине из пшеничной муки, которую впервые получил Я. Бек-кари. В своих работах, опубликованных в «Комментариях Болон-ского института наук и искусств» в 1728 г..он отметил сходство клейковины с веществами животной природы, почему и называл ее Gluten vegetable

Впервые термин белиовыы (albununei

страница 4
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.09.2017)