Аминокислотный состав белков. Гидролиз простого белка. Хроматографическое разделение аминокислот

Химический состав белков

Элементарный состав белков достаточно разнообразен. В них содержатся многие химические вещества. Однако обязательными химическими элементами являются углерод (51 – 55%), кислород (21 – 23%), азот (16% - наиболее постоянная величина), водород (6- 7%) и сера (0,5 – 2%)

Аминокислотный состав белков. В состав природных белков входят α аминокислоты, которые отличаются структурой радикала у α- углеродного атома.

Тесты

1. В состав природных белков входят химические элементы: Кальций. Углерод. Хлор. Водород. Натрий. Азот. Калий. Кислород. Сера.

2. Содержание белка в пробе можно довольно точно рассчитать по количественному определению химического элемента:

Углерод. Водород. Азот. Кислород. Сера.

3. К существенным изменениям биологических свойств белков ведут замены аминокислот:

Глютамат на аспартат. Глютамат на валин.Триптофан на глютамат. Валин на лейцин. Глицин на аспартат. Фенилаланин на триптофан. Серин на треонин. Глицин на аланин.

4. Об окончании гидролиза белка можно судить:

По растворению осадка денатурированного белка. По исчезновению мутности гидролизата. По положительной биуретовой реакции. По положительной нингидриновой реакции. По отрицательной нингидриновой реакции. По положительной реакции Адамкевича. По отрицательной биуретовой реакции.По результатам формольного титрования.

Гидрофобные. Пептидные. Дисульфидные. Ионные. Водородные.

Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Ни одна из этих групп. Обе группы аминокислот

13. В формировании 3-ой структуры белка участвуют:

Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Обе группы аминокислот. Ни одна из этих групп

14. Причиной изменения сродства гемоглобина к кислороду является:

Изменение третичной структуры протомеров. Изменение взаиморасположения протомеров. Кооперативные изменения конформации протомеров

Ситуационные задачи

1. На фрагменте пептида: Тир - Цис - Лей – Вал – Асп - Ала

назовите, радикалы каких аминокислот могут участвовать в образовании связей:

Гидрофобных. Ионных. Дисульфидных

2. На фрагменте пептида: Тир – Цис – Лей – Вал – Асп - Ала

укажите, в образовании каких уровней структурной организации белка участвуют связи, образованные радикалами данных аминокислот

3. В крови студента-африканца, поступившего в клинику с жалобами на одышку, головокружение, учащённое сердцебиение и боли в конечностях, в крови обнаружены эритроциты, имеющие форму серпа.

Объясните причину развития данного заболевания.

4. Гемоглобин представляет собой сложный олигомерный белок гемопротеид. Какие посттрансляционные изменения приводят к формированию функционально активного белка?

7. Основная и дополнительная литература к теме

Основная

Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 9-28, 31-56.

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 7- 25.

А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 16-35,38-43.

О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 15-19, 19-24.

Лекционный материал

Дополнительная

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 10-41, 49-59.

Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. с. 21-51(1)

Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.

Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебное пособие, рекомендовано УМО «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей». Смоленск. 2012.

А.Е. Медведев «Открыта 22-ая генетически кодируемая аминокислота» // Вопр. мед. химии. 2002. № 5 -. с. 432

Тема занятия № 2

ОСАДОЧНЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ.

МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ

2. Цели самостоятельной работы: расширить знания об основных физико-химических свойствах белков и их прикладном медицинском значении, об использующихся в лабораторной практике методах количественного определения белков в биологических жидкостях

3. Задачи самостоятельной работы:

- уметь оценивать биомедицинское значение основных физико-химических свойств растворов белков,

- ознакомиться с нормой содержания белка в сыворотке крови, с возможными отклонениями и их биохимической трактовкой,

- сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,

- сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности.

4. Перечень вопросов для самостоятельной работы

В лабораторной практике

Для количественного определения белков используются оптические, колориметрические и азотометрические методы.

Оптические методы основаны на оптических свойствах белков.

К ним относятся:

- спектрофотометрические методы, оценивающие интенсивность поглощения белками УФ лучей в диапазоне около 200 нм и 260 нм. Степень УФЛ - поглощения пропорциональна концентрации белка;

- рефрактометрические методы основаны на способности растворов белков преломлять свет пропорционально их концентрации;

- нефелометрические методы основаны на способности растворов белков рассеивать свет пропорционально их концентрации;

- поляриметрические методы основаны на способности растворов белков вращать плоскость поляризованного света пропорционально их концентрации.

Колориметрические методы основаны на цветных реакциях белков – биуретовая реакция, метод Лоури, метод сорбции белками определённых красителей. Интенсивность окраски определяется концентрацией белкового раствора.

Азотометрические методы основаны на определении содержания азота и пересчёте его на концентрацию белка (в белках 16% азота).

Тесты

1. К колориметрическим методам относятся:

Азотометрический. Спектрофотометрический. Сорбция красителей. Метод Лоури. Биуретовый метод. Рефрактометрический.

Ситуационные задачи

1. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

Лиз – Гли - Ала - Гли

2. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

Лиз – Глу – Ала - Гли

3. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

Глу – Гли – Ала - Гли

4. Сделайте выводы об особенностях аминокислотного состава белка, имеющего изоэлектрическую точку = 4,7

5. Какой заряд в нейтральной среде приобретёт белок, имеющий изоэлектрическую точку =4,7?

Поясните ответ.

6. После высаливания белка сульфатом аммония получен осадок, содержащий изучаемый белок с примесью соли. Как можно отделить белок от соли?

7. Основная и дополнительная литература к теме

Основная

Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 67-74

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 29-31

А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 43-60

О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 7-15, 28-29.

Лекционный материал

Дополнительная

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 37-41.

Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. С. 43-51 (1)

Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.

Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методическое пособие «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей» (Рекомендовано УМО). Смоленск. 2012.

Титов В.Н. Методические аспекты определения содержания общего белка сыворотки крови //Клин. лаб. диагностика, 1995, -.№ 2.С. 15-18

Тема занятия № 3

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ

2. Цели самостоятельной работы: закрепить знания о принципах классификации белков, свойствах и особенностях состава основных групп простых и сложных белков

3. Задачи самостоятельной работы:

- рассмотреть принципы классификации белков,

- изучить особенности свойств, химического состава и биологических функций основных групп простых и сложных белков,

- сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,

- сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности.

4. Перечень вопросов для самостоятельной работы

Классификация белков

Огромное количество белков в организме, многообразие их свойств и биологических функций определяют сложности их систематики.

Предложены классификации белков по структурному, функциональному принципам.

«На сегодняшний день о белках известно слишком много, чтобы удовлетворится старой классификацией, и слишком мало для того, чтобы составить лучшую» - такое определение состояния вопроса о классификации белков остаётся актуальным до настоящего времени.

В практическом отношении достаточно удобна классификация белков, учитывающая особенности их химического состава и физико-химических свойств.

Согласно этой классификации, все белки делят на 2 группы: простые (протеины) и сложные (протеиды.

К протеинам (простым белкам) относят белки, состоящие только из аминокислот.

Они, в свою очередь, делятся на группы в зависимости от физико-химических свойств и особенностей аминокислотного состава. Выделяют следующие группы простых белков:

· альбумины,

· глобулины,

· протамины,

· гистоны,

· проламины,

· глютелины,

· протеиноиды.

Альбумины – широко распространённая группа белков в тканях организма человека. Они имеют сравнительно невысокую молекулярную массу 50 – 70 тыс. дальтон. Альбумины в физиологическом диапазоне рН имеют отрицательный заряд, так как в силу высокого содержания глютаминовой кислоты в их составе находятся в изоэлектрическом состоянии при рН 4,7. Имея невысокую молекулярную массу и выраженный заряд, альбумины перемещаются при электрофорезе с достаточно высокой скоростью. Аминокислотный состав альбуминов разнообразен, они содержат весь набор незаменимых аминокислот. Альбумины – высоко гидрофильные белки. Они растворимы в дистиллированной воде. Вокруг молекулы альбуминов формируется мощная гидратная оболочка, поэтому для высаливания их из растворов необходима высокая 100% концентрация сульфата аммония. Альбумины выполняют в организме структурную, транспортную функцию, участвуют в поддержании физико – химических констант крови.

Глобулины – широко распространённая группа белков, обычно сопутствующая альбуминам. Имеют более высокую, чем альбумины молекулярную массу – около 200 тыс. дальтон, поэтому медленнее перемещаются при электрофорезе. Изоэлектрическая точка глобулинов находится при рН 6,3 – 7. Они отличаются разнообразным набором аминокислот. Глобулины не растворимы в дистиллированной воде, они растворимы в солевых растворах KCl, NaCl в концентрации 5 – 10 %. Глобулины менее гидратированы, чем альбумины, поэтому высаливаются из растворов уже при 50% насыщении сульфатом аммония. Глобулины в организме выполняют структурную, защитную, транспортные функции.

Гистоны – имеют небольшую молекулярную массу 11-24 тыс. дальтон. Они богаты щелочными аминокислотами лизином и аргинином, поэтому находятся в изоэлектрическом состоянии в резко щелочной среде при рН 9,5 – 12. В физиологических условиях гистоны имеют положительный заряд. В различных видах гистонов содержание аргинина и лизина варьирует, в связи с чем, они делятся на 5 классов. Гистоны Н₁ и Н₂ богаты лизином, гистоны Н₃- аргинином. Молекулы гистонов полярны, очень гидрофильны, поэтому с трудом высаливаются из растворов. В клетках положительно заряженные гистоны, как правило, связаны с отрицательно заряженными ДНК в составе хроматина. Гистоны в хроматине формируют остов, на который накручивается молекула ДНК. Основные функции гистонов – структурная и регуляторная.

Протамины – низкомолекулярные щелочные белки. Молекулярная масса их составляет 4 – 12 тыс. дальтон. Протамины в своём составе содержат до 80% аргинина и лизина. Они содержатся в составе нуклеопротеидов молоки рыб – клупеин (сельдь), скумбрин (скумбрия).

Проламины, глютелины – растительные белки, богатые глютаминовой кислотой (до 43%) и гидрофобными аминокислотами, в частности, пролином (до 10 – 15%). В силу особенностей аминокислотного состава проламины и глютелины не растворимы в воде и солевых растворах, но растворимы в 70% этиловом спирте. Проламины и глютелины являются пищевыми белками злаковых культур, составляя так называемые глютеновые белки. К глютеновым белкам относятся секалин (рожь), глиадин (пшеница), гордеин (ячмень), авенин (овёс). В детском возрасте может наблюдаться непереносимость глютеновых белков, к которым в лимфоидных клетках кишечника вырабатываются антитела. Развивается глютеновая энтеропатия, снижается активность кишечных ферментов. В связи с этим, злаковые отвары детям рекомендуется вводить после 4-х месячного возраста. Не содержат глютеновых белков рис и кукуруза.

Протеиноиды (белковоподобные) - фибриллярные водонерастворимые белки. Входят в состав опорных тканей (костей, хрящей, сухожилий, связок). Они представлены коллагеном, эластином, кератином, фиброином.

Коллаген ( рождающий клей ) – широко распространённый в организме белок, составляет около трети всех белков организма. Входит в состав костей, хрящей, зубов, сухожилий и др. тканей.

К особенностям аминокислотного состава коллагена относится, прежде всего, высокое содержание глицина (1/3 всех аминокислот), пролина (1/4 всех аминокислот), лейцина. В составе коллагена присутствуют редкие аминокислоты гидроксипролин и гидроксилизин, но отсутствуют циклические аминокислоты.

Полипептидные цепи коллагена содержит около 1000 аминокислот. Различают несколько видов коллагена в зависимости от сочетания в нём различных видов полипептидных цепей. К фибриллообразующим видам коллагена относятся коллаген I типа (преобладает в коже), коллаген II типа (преобладает в хрящах) и коллаген III типа (преобладает в сосудах). У новорожденных детей основная масса коллагена представлена III типом, у взрослых людей – II и I типами.

Вторичная структура коллагена представляет «ломаную» альфа-спираль, в витке которой укладывается 3,3 аминокислоты. Шаг спирали равен 0,29 нм.

Три полипептидные цепи коллагена уложены в виде тройного закрученного каната, фиксированного водородными связями, и образуют структурную единицу коллагенового волокна – тропоколлаген. Тропоколлагеновые структуры размещаются параллельными, смещёнными по длине рядами, фиксированными ковалентными связями, и формируют коллагеновое волокно. В промежутках между тропоколлагеном в костной ткани откладывается кальций. Коллагеновые волокна содержат в своём составе углеводы, которые стабилизируют коллагеновые пучки.

Кератины -белки волос, ногтей. Они не растворимы в растворах солей, кислот, щелочей. В составе кератинов имеется фракция, которая содержит большое количество серосодеоржащих аминокислот (до 7 – 12%), образующих дисульфидные мостики, придающие высокую прочность этим белкам. Молекулярная масса кератинов очень высока, достигает 2 000 000 дальтон. Кератины могут иметь альфа - и бета - структуру. В альфа - кератинах три альфа - спирали объединяются в суперспираль с формированием протофибрилл. Протофибриллы соединяются в профибриллы, затем в макрофибриллы. Примером бета - кератинов является фиброин шёлка.

Эластин – белок эластических волокон, связок, сухожилий. Эластин не растворим в воде, не способен к набуханию. В эластине высока доля глицина, валина, лейцина (до 25 – 30%). Эластин способен растягиваться под действием нагрузки и восстанавливать свои размеры после снятия нагрузки. Эластичность связана с присутствием в эластине большого количества межцепочечных сшивок при участии аминокислоты лизина. Две белковые цепи образуют связь лизил – норлейцин. Четыре белковые цепи образуют связь – десмозин.

К сложным белкам (протеидам) относят белки, в которых помимо белковой части содержатся небелковые вещества (простетические группы).

Сложные белки классифицируют по химическому составу их простетической группы. Выделяют следующие группы сложных белков:

· хромопротеиды,

· липопротеиды,

· гликопротеиды,

· фосфопротеиды,

· металлопротеиды.

Хромопротеиды содержат в качестве простетической группы окрашенные небелковые соединения. В группе хромопротеидов выделяют гемопротеиды и флавопротеды.

В гемопоротеидах простетической группой является гем – органическое, железосодержащее вещество, придающее белку красный цвет. Гем соединяется с белком глобином за счёт координационных и гидрофобных связей. Примерами гемопротеидов являются белок эритроцитов гемоглобин, белок мышц миоглобин, тканевые белки цитохромы, ферменты каталаза, пероксидаза. Гемопротеиды участвуют в переносе кислорода и в окислительных процессах в тканях.

В флавопротеидах содержится простетическая группа жёлтого цвета. В качестве простетической группы могут быть представлены нуклеотиды ФАД, ФМН. К флавопротеидам относится фермент сукцинатдегидрогеназа. Некоторые флавопротеиды содержат в своём составе металлы – металлофлавопротеиды. Флавопротеиды участвуют в окислительных процессах в организме.

Нуклеопротеиды состоят из белковой части и нуклеиновых кислот: ДНК или РНК. В ядре локализованы дезоксирибонуклеопротеиды, в цитозоле – рибонуклеопротеиды. Белки в нуклепротеидах ядра представлены в основном гистонами. Белковая и небелковая части нуклеопротеидов связаны ионными и гидрофобными связями. При полном гидролизе нуклеопротеидов образуются аминокислоты, фосфорная кислота, углевод и пуриновое или пиримидиновое азотистое основание. Нуклеопротеиды участвуют в хранении и воспроизведении генетической информации.

Липопротеиды в качестве простетической группы содержат различные жиры (триацилглицерины, фосфолипиды, холестерин и др.). Между белком и липидом формируются гидрофобные и ионные связи. Липопротеиды принято делить на структурные, входящие в состав клеточных мембран, и транспортные, осуществляющие перенос жиров кровью. Транспортные липопротеиды представляют собой сферические частицы, внутри которых находятся гидрофобные жиры, а на поверхности – гидрофильные белки. Примером липопротеида может служить фактор свёртывания крови – тромбопластин.

Фосфопротеиды содержат в своём составе остатки фосфорной кислоты, соединённой с серином белковой части сложноэфирными связями. Присоединение фосфорной кислоты к белку носит обратимый характер и сопровождается формированием или разрывом ионных связей фосфорной кислоты и заряженных групп белка, что меняет биологическую активность фосфопротеида. К фосфопротеидам относятся структурные белки костной ткани, казеиноген молока, ововителлин белка куриного яйца, некоторые ферменты (фосфорилаза, гликогенсинтетаза, ТАГ - липаза)

Гликопротеиды содержат, как правило, прочно присоединенные гликозидными связями остатки углеводов (моносахариды, олигосахариды). Гликопротеиды обычно имеют мозаичную структуру, в которой чередуются углеводные и белковые фрагменты. Углеводная часть придаёт специфичность гликопротеидам и определяет их устойчивость к тканевым ферментам. Гликопротеиды широко представлены в организме человека. Они содержатся как в тканях, так и в биологических жидкостях. Муцин слюны содержит в своём составе до 15% маннозы и галактозы. Гликопротеидами являются некот