Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

se) применительно ко всем жидкостям животного организма использовал, по аналогии с яичным белком, французский физиоло| Ф. Кене в 1747 г.. и именно в таком толковании термин вошел в 1751 г. в Энцикюпедию Д. Дидро и Ж. Д'Аламбера.

С этого периода исследования, связанные с получением белков, приобретают iматематический характер. 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 тогда в Петербурге, называет творог белковой частью молока (panic gluiineuse). Важнейший этап в изучении белков связан с работами французского химика А. Фуркруа, который рассматривал белки как индивидуальные вещества и доказал единую природу белковых веществ, выделенных из растительных и животных источников. Дтя трех главных белковых компонентов крови он предложил названия альбумин, желатин и фибрин. В 1780 г. Ф. Вассерберг относит к телам белковой природы хрусталик глаза.

К началу XIX столетия появляются первые работы по химическому изучению белков. Уже в 18U3 г Дж Дальтон дает первые формулы белков альбумина и жела тина — как веществ, содержащих азот. В 1810 г. Ж. Гей Л го сак проводит химические анализы белков — фибрина крови, казеина и отмечает сходство их элементного состава. Решающее значение для понимания химической природы белков имело выделение при их гидролизе аминокислот. Вероятно, первым это сделал А. Браконио в 1820 г., когда, действуя на белки серной кислотой, при кипячении он получил «клеевой сахар», или гликокол (глицин), при гидролизе фибрина из мяса -- лейцин и при разложении шерсти — также лейцин и смесь других продуктов гидролиза. Первой открытой аминокислотой был, видимо, аспарагин, выделенный Л. Вокленом из сока спаржи Asparagus (1606). В это же время Ж. Пруст получил лейцин при разложении сыра и творога. Затем из продуктов гидролиза белка были выделены многие другие аминокислоты (табл I)

Первая концепция строения белков принадлежит голландскому химику Г. Мульдеру (1836). Основываясь на теории радикалов, он сформулировал понятие о минимальной структурной единице, входящей в состав всех белков. Эту единицу, которой приписывался состав 2ChHuNj + 50, Г. Мульдер назвал протеином (Рг), а свою концепцию — теорией протеина.

Позднее состав протеина был уточнен — C^H^N,, 0,г; дополнительно к протеин-ным единицам некоторые белки содержали серу и фосфор. Формула белков, предложенная Мульдером в 1838 г.. выглядела так:

белок сыворотки крови lUPrS Р

белок куриных яии 1 Р SP

фибрин ЮРг SP

казеин lOPrS

клейковина растений ЮРг S

кри таллин (из хрусталика глаза) 15Рг

В частности, состав ногтей и лошадиных копыт изображался как С^.Н,,,,;!^/)^ = = (C^H^N.obO.jN, + C„He2Nlrt(OliSJlil.

Г. Мульдер пользовался структурными формулами н для обозначения ряда физиологических процессов. В своем учебнике физиологической химии (1844) он рассматривал дыхание как окисление протеина, пищеварение — квк перестройку белка с изменением содержания S Р Са и т. п.

Работы Г. Мульдера способствовали широкому распространению взглядов о единстве всех белков, их фундаментальном значении в мире живой природы. *

В ходе проверки «теории протеина» были резко расширены химические исследования белков, и в этом приняли участие выдающиеся химики того времени Ю. Либих и Ж. Дюма. Ю. Либих, поддерживавший в принципе идею протеиновой единицы, уточнил формулу протеина Clf..H- NuOM, Ж. Дюма предложил свой вариант — C1BHT1N|2Ol5, однако Г. Мульдер отстаивал правильность составленной им формулы. Его поддерживал й. Берце и ус изложивший теорию протеина в качестве единственной теории строения белка в знаменитом учебнике химии (1840). что означало полное признание и торжество концепции Г. Мульдера.

Однако вскоре наступают трудные времена для теории протеина. В 1846 г. Н. Э. Лясковский, работавший в лаборатории Ю. Либиха, доказал неточность многих приведенных Г- Мульдером анализов. Свои сомнения в правильности теории публично высказал Ю. Либих, он планировал начать широкие исследования структуры белков и даже изучил продукты распада бе1к вых веще тв Понимая вс омость аргументов оппонентов, Г. Мульдер пытался корректировать формулу протеина tC1t;H5(:iNB0|,:J, но в конце концов уступил под натиском новых фактов и открытий. Теория протеина стала достоянием истории, однако ее значение непреходяще, ибо она стимулировала химические исследования белков, сделала белки одним из главных объектов бурно развивающейся химии природных веществ.

Таблица ]

Открытие аминокислот в составе белков

Аминокислота Год Источник Кто впервые выделил

Глицин 1820 Желатина А. Браконно

Лейцин 1820 Мышечные волокна А. Браконно

1839 Фибрин шерсти Г. Мупьдер

Тирозин 1848 Казеин Ф. Бопп

Серии 1865 Шелк Э. Крамер

Глутаминовая кислота 1866 Растительные белкк Г. Рнттхаузен

Аспарагиновая кислота 1868 Конглутнн, п cry МИН Г. Рнттхаузен

(ростки спаржи)

Фенил ал алии 1881 Ростки люпина Э. Шупьце

Й. Бврбьери

Алании 1888 Фиброин шелка Т. Вейль

Лизин 1889 Казеин Э. Дрексель

Аргинин 1895 Вещество рога С. Гедин

Гйстидин 1896 Стурин. ги стоны А. Ксссель, С. Гедин

Цнстнн 1899 Вещество рога К. Ме'рнер

Валки 1901 Казеин Э Фишер

Пролнн 1901 Казеин Э. Фишер

Гидрокснпролин 1902 Желатина Э. Фишер

Триптофан 1902 Казеин Ф. Гопкннс, Д. Коп

Иэолейцин 1904 Фибрин Ф. Эрлнх

Метионин 1922 Казеин Д. Мё'ллер

Треонин 1925 Белки овса С. Шрайвер н др.

Гидрок или нн 1925 Белки рыб С. Шрайвер и др.

25

Белки и пептиды

Либих [Lleblg) Иоганн Юстус фен

(1803—1873), немецкий химик, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1830)- Образование получил в Боннском и Эрлангенском университетах, а также в Сорбонне у Ж. Л. Гей-Люссака; преподавал в Гис сенс ком и Мюнхенском университетах. Организовал (182S) первую в Германии химическую лабораторию, где стажировались многие известные химики. Основные работы — в области органической, физиологической, аналитической химии и агрохимии. Предложил методы количественного элементного анализа органических веществ (1828). Один из создателей теории радикалов. Обнаружил явление изомерии (1823).

26 Для формирования современных представлений о структуре

- белка существенное значение имели работы по расщеплению белко-

Белки и пептиды вых веществ протеолитическими ферментами. Одним из первых их

использует Г. Мейснер. В 1850 г. К. Леман предлагает называть пептонами продукты разложения белков пепсином. Изучая этот процесс, Ф. Хоппе-Зайлер и Ш. Вюрц в 70-х годах прошлого столетия пришли к важному выводу, что пептоны образуются в результате гидролиза белков ферментом. Они были весьма близки к правильному толкованию таких экспериментов с позиций структурной химии, но, к сожалению, последнего шага на пути к теории строения белка сделать не сумели. Очень близок к истине был и А. Я. Данилевский, который справедливо утверждал, что белки построены из аминокислот и имеют полимерную природу; главной же структурной единицей он ошибочно считал биуретовую группировку RNHCONHCOR'.

Дальнейшие структурные исследования белка, а также основополагающие работы Т. Курциуса по синтезу пептидов привели в конце концов к формулированию (1902) пептидной гипотезы, согласно которой белки построены из аминокислот, соединенных пептидными связями —СО— NH—, Пептидная теория (Э. Фишер и В. Гофмейстер) получила полное подтверждение в дальнейших исследованиях. Изучение строения белков было поставлено на прочную научную основу.

Рис. 2. Лаборатории Ю. Либиха в Гис-сене.

Строение белков и пептидов

27

Строение белков и пептидов

Белки — высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амндной (пептидной) связью (—СО— N Н —). Каждый белок характеризуется специфичной аминокислотной последовательностью.

По составу белкн делятся на простые, состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные белки могут включать ноны металла (металлопротенны, или металлопротеиды), пигмент (хромомротеины, или хромопротеиды), «бразовывать проч ные комплексы с липндамн (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопро еины) а также ковалентно связывать остаток фосфорной кислоты (фосфопротеины), углевода (гликопротеины) или нуклеиновой кислоты (геномы некоторых вирусов).

Аминокислоты. Роль структурных элементов в белках выпол няют сс-аминокислоты, отличающиеся друг от друга строением боковых групп (боковых цепей), обозначенных R; в состав белков входят, как правило, аминокислоты в L-конфигурации.

СООН

I

H2N—С —Н

Дюма [Duuiail Жан Батист Андре

(1600—1664), французский химик, ?дни из основоположников современной химии, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1645). Образование получил в Женевском университете, с 1841 г.— профессор Сорбонны и Высшей медицинской школы в Париже. Впервые ввел понятие гомологии. Открыл метод определения плотности паров веществ (1826), количественного определения азота в органических соединениях (1630). Установил состав ацетона, хлороформа, камфоры, эмпирическую формулу индиго (1841).

и. Аминокислоты в белках ковалентно соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной группой одной аминокислоты и ее аминогруппой другой:

-N—СН—С—N— СН—С—N—СН—С—N—СН—С-II II. II.

Н R I Н R

Пептидная связь

Аминокислотный остаток

Белковая молекула может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей, содержащих от 2 — 3 десятков до нескольких сотен аминокислотных остатков каждая.

Практически все белки построены из 20 ct-аминокислот, структура которых приведена в таблице 2.

Таблица 2

Структура а аминокислот, наиболее часто встречающихся в белках

Аминокислоте H-CHdsJH^-COOH Условные обозначения Строение боковой цепи (R)

трехбуквенное однобук венное Структурная формула

H 1 Q

Глицин Gly G н — с — coo" 1 ГИДРОФОБНЫЕ NH3 H 1

Алании Ala A 1 CHj— С — COO" NHj *

Валии Val V CHj H \ 1 CH — С — COO" / 1 CHj NHj +

Лейцин Leu L CHj Н \ 1 CH — CH2— С — COO" CHj NHj + H 1

Изо лейцин Me 1 CHj— CH2 — CH — С — COO"

Пронин Pro P 1 1 CH3 NH3 Hj H,C— + )с-соо HjC—N/1 H2 H e

Фенилаланин Phe F H ^~^>— CH2 — С — COO" NHj + H Ф

Триптофан Trp W — с — сн2— с — coo" l-^A^CH NHj H

Ш

Продолжение

Аминокислота R-CHlNH,|-COOH Условные обозначении Строение боковой цепи ,R)

трехбуквенное одноСук-венное Структурная формуле Аспарвгиноввя кислота Asp D Н 1 "ООС — сн2— с — соо" 1 NHj + н 1 ч

Глутаминовая кислота Glu Е 1 "ООС — СНа— СНа— С — СОО" NHj Н

Цистеин Cys С 1 HS — СНа— С — ООО" NHj а

НО Тирозин Туг Y

В зависимости от характера боковых цепей они подразделяются на две группы: )) аминокислоты с неполярными (гидрофобными) алифатическими или ароматическими R-группам и 2) аминокислоты с полярными (гидрофильными) R-группами.

К первой группе относятся 8 аминокислот: 6 с алифатической боковой цепью — аланин валин лейцин, изолейции, метионин, пролин и 2 с ароматической — фенилаланин и триптофан. 7 аминокислот в боковой цепи содержат группировки, способные нести отрицательный или положительный заряд. Аспарагн новая и глутами новая кислоты принадлежат к классу аминоднкарбоновых кислот, их р и у карбоксильные группы при рН7,0 заряжены отрицательно. К основным аминокислотам, боковые цепи которых могут нести положительный заряд, относятся лизин, аргинин и гнстидин. е-Ами-ногруппа лнзина и гуанидиновая группировка аргинина при рН 7,0 протоннрованы В щелочных условиях отрицательно заряженными могут быть боковые группы тирозина и цистеина.

coo

I

-с—H

I

CH

г

При pH7,0 эти группы ионизированы частично. Характерной особенностью остатков цистеина является нх способность подвергаться в составе молекулы белка самопроизвольному окислению с образованием «двойной» аминокислоты — цистина.

31

Строение белков и пептидов

СООН СООН

NH?—С—Н NH,—С—Н I I СНг—S—S—СН2

Цистин

Данилевский Александр Яковлевич

(183В—1923), русский Биохимик, член-корреспондент Петербургской АН (1898). Окончил Харьковский университет (1860). Основные работы посвящены ферментам, химии белков и вопросам питания. Впервые разработал адсорбционный метод разделения ферментов поджелудочной железы. Предложил теорию строения белковых молекул.

Дисульфидные связи остатков цистина ковалентно связывают участки одной или нескольких полипептидных цепей, образуя между ними поперечные дисульфидные мостики.

32 Помимо основных 20 аминокислот, некоторые белки содержат и их пронзвод-

_ ные. образующиеся в процессе по ттрансляцнонной модификации. Так, в фибрил-

Белки и пептиды лярном белке коллагене и в некоторых растительных белках встречаются 4-гидрокси-

пролин (НуРго) и 5-ги дроке ил изин HyLy )

Фосфопротенны содержат остатки О фосфосерина, реже — О-фосфотирозина а в гли ко протеинах ряд остатков серина, треонина или аспарагина — ковадентно присоединенные углеводные цепи. В гистонах е-аминогруппы некоторых остатков лизина бывают моно-, дн- или три метилированы, иногда — ацети ированы В других белках встречаются также иодированные остатки тирозина, метилированные остатки аргинина и гистидина. Особенно часто необычные аминокислоты входят в состав пептидных антибиотиков.

а-Аминокислоты в водных растворах при нейтральных рН существуют преимущественно в виде диполярных ионов (цвиттер ионов) у которых аминогруппы протонированы (—NH,"1"), а карбоксильные группы диссоциированы (—СОО-). Ионизация молекул аминокислот зависит от рН раствора:

Н, N —CHR—СООН S^=t. И ,N—CHR—СОО NH2—CHR— COO

H+ H+

pH 1,0 pH 7,0 pH 11,0

Лмндерстрём Ланг |Llnderstr«m Langl Кай Ульрни (1896— 1959), детский биохимик, иностранный член АН СССР (1958). Окончил Высшую техническую школу в Копенгагене (1919), с 1938 г. возглавлял К рлсб рг кую лабораторию. Основные труды — в области физической химии белков; ввел понятие о трех уровнях организации белковой молекулы. Выделил кристаллическую протеиназу (1949).

Белки дают ряд цветных реакций, обусловленных наличием определенных аминокислотных остатков нли общих химических группировок. Эти реакции широко используются для аналитических целей. Среди них широко известны нингидриновая реакция, позволяющая проводить количественное определение аминогрупп в белках, пептидах и аминокислотах, а также биуретовая реакция, применяемая для качественного и количественного определения белков и пептидов. (При нагревании белка или пептида, но не аминокислоты, с CuSO в щелочном растворе образуется окрашенное в фиолетовый цвет комплексное соединение меди, количество которого можно определить спектрофотометрически ) Цветные реакции на отдельны

страница 5
< 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
(24.04.2017)