I.4.2. Cтереоизомерия аминокислот

Все аминокислоты, за исключением глицина, содержат, по крайней мере, один ассиметрический атом углерода (связан с четырьмя различными заместителями) и поэтому являются оптически активными. Аминокислоты существуют как пары стереоизомеров, называемых энантиомерами. Эти изомеры аминокислот названы L (левовращающими) или D (правовращающими) в зависимости от направления, в котором они вращают луч плоскополяризованного света. Белки человека построены только из L-аминокислот. D-аминокислоты обнаруживаются в бактериальных структурах и многих пептидных антибиотиках.

I.5. Аминокислотный состав белков

В состав белков входят 20 L-a-аминокислот, а также некоторые производные этих аминокислот, образующиеся в белковой молекуле после завершения матричного синтеза полипептидной цепи.

Частота, с какой аминокислоты встречаются в белках, неодинакова. Например, глицин обнаруживается в 10 раз чаще, чем триптофан. По частоте нахождения аминокислот в белках можно составить такой ряд: ала» вал» лей» сер > глу» глн» лиз» арг» про > асп» асн» изо» тре» фен > тир» цис» мет» гис.

Большинство белков по аминокислотному составу отличаются не очень резко. Но некоторые белки с особыми свойствами отличаются и аминокислотным составом. Так, белок соединительной ткани коллаген на 1/3 построен из остатков глицина, на 1/5 из остатков пролина и оксипролина. Именно такой состав аминокислот позволяет готовой молекуле белка образовывать прочные олигомерные структуры - фибриллы. Фибриллы коллагена превосходят по прочности стальную проволоку равного поперечного сечения. При кипячении в воде нерастворимый коллаген превращается в желатину - растворимую смесь полипептидов. Необычный аминокислотный состав коллагена определяет его низкую питательную ценность.

 В хромосомах содержатся положительно заряженные белки гистоны, примерно на 1/3 построенные из остатков лизина и аргинина. Положительный заряд молекулы белка позволяет образовывать прочные комплексы с отрицательно заряженными молекулами нуклеиновых кислот.

Классификация белков

I. по растворимости

была введена в 1907-1908 гг. и используется до сих пор, особенно в клинической биохимии. Согласно этой классификации выделяют:

Альбумины. Растворимы в воде и солевых растворах.

Глобулины. Слабо растворимы в воде, но хорошо растворимы в солевых растворах.

Проламины. Группа растительных белков, растворимых в 70-80% этаноле, но нерастворимых в воде и абсолютном спирте.

Глютелины. Тоже растительные белки, растворимые в слабых щелочах, но нерастворимые в воде, растворах солей и этаноле.

Гистоны и протамины. Растворимы в слабых кислотах.

Склеропротеины. Фибриллярные белки. Растворимы только в специальных растворителях. Не растворимы в воде и солевых растворах.

По форме молекул

Если исходить из отношения осей (продольной и поперечной), можно выделить два больших класса белков. У глобулярных белков это отношение составляет меньше 10 и в большинстве случаев не превышает 3-4. Они характеризуются компактной упаковкой полипептидных цепей. Примеры глобулярных белков: многие ферменты, инсулин, белки плазмы крови, гемоглобин.

Фибриллярные белки, у которых отношение осей превышает 10. Представители - кератин, коллаген, фиброин шелка.

Физические свойства белков

На физических свойствах белков, таких как ионизация, гидратация, растворимость основаны различные методы выделения и очистки белков.

Так как белки содержат ионогенные, т.е. способные к ионизации аминокислотные остатки (аргинин, лизин, глутаминовая кислота и т.д.), следовательно, они представляют собой полиэлектролиты. При подкислении степень ионизации анионных групп снижается, а катионных - повышается, при подщелачивании наблюдается обратная закономерность. При определенном рН число отрицательно и положительно заряженных частиц становится одинаковым, такое состояние называется изоэлектрическим (суммарный заряд молекулы равен нулю). Значение рН, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, называют изоэлектрической точкой и обозначают р I. На различной ионизации белков при определенном значении рН основаны методы их разделения - метод изоэлектрического фокусирования и метод электрофореза.

Полярные группы белков (ионогенные и неионогенные) способны взаимодействовать с водой, гидратироваться. Количество воды, связанное с белком достигает 30-50 г на 100 г белка. Гидрофильных групп больше на поверхности белка. Растворимость зависит от размеров и формы молекул, величины суммарного заряда, количества гидрофильных групп в белке. Совокупность всех этих физических свойств белка позволяет использовать метод молекулярных сит или гель-фильтрацию для разделения белков.

Растворимость белков зависит и от наличия других растворенных веществ, например, солей щелочных и щелочно-земельных металлов. При высоких концентрациях этих солей белки выпадают в осадок, причем для осаждения (высаливания) разных белков требуется разная концентрация соли. Это связано с тем, что в присутствии солей белки утрачивают свою гидратную оболочку – основной фактор стабилизации белка в растворе. Метод высаливания используется на ранних этапах очистки белков.

Метод диализа используется для очистки белков от низкомолекулярных примесей с помощью полупроницаемых мембран (например, целлофана). Соли легко проходят через поры мембраны и оказываются в окружающей среде, тогда как белки ввиду больших размеров остаются внутри целлофанового мешочка.