СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ

Аминокислоты по строению они являются органическими карбоновыми кислотами, у которых, как минимум, один атом водорода замещен на аминогруппу. Они являются строительными блоками белковых молекул, но необходимость их изучения кроется не только в данной функции.

Несколько из аминокислот являются источником для образования нейромедиаторов в ЦНС (гистамин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, дофамин, норадреналин), другие сами являются нейромедиаторами (глицин, глутаминовая кислота).

Те или иные группы аминокислот необходимы для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований без которых нет нуклеиновых кислот, используются для синтеза низкомолекулярных биологически важных соединений (креатин, карнитин, карнозин, ансерин и др.).

Аминокислота тирозин целиком входит в состав гормонов щитовидной железы и мозгового вещества надпочечников .

С нарушением обмена аминокислот связан ряд наследственных и приобретенных заболеваний , сопровождающихся серьезными проблемами в развитии организма (цистиноз, гомоцистеинемия, лейциноз, тирозинемии и др). Самым известным примером является фенилкетонурия.

КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ

Из-за разнообразного строения и свойств классификация аминокислот может быть различной, в зависимости от выбранного качества аминокислот. Аминокислоты делятся:

1. В зависимости от положения аминогруппы.

2. По абсолютной конфигурации молекулы.

3. По оптической активности.

4. По участию аминокислот в синтезе белков.

5. По строению бокового радикала.

6. По кислотно-основным свойствам.

7. По необходимости для организма.

По абсолютной конфигурации молекулы

По абсолютной конфигурации молекулы выделяют D- и L-формы. Различия между изомерами связаны с взаимным расположением четырех замещающих групп, находящихся в вершинах воображаемого тетраэдра, центром которого является атом углерода в α -положении.

В белке любого организма содержится только один изомер, для млекопитающих это L-аминокислоты. Однако оптические изомеры претерпевают самопроизвольную неферментативную рацемизацию , т.е. L-форма переходит в D-форму. Это обстоятельство используется для определения возраста, например, костной ткани зуба (в криминалистике, археологии).

В зависимости от положения аминогруппы

Выделяют α, β, γ и другие аминокислоты. Для организма млекопитающих наиболее характерны α -аминокислоты.

По оптической активности

По оптической активности аминокислоты делятся на право- и левовращающие.

Наличие ассиметричного атома углерода (хирального центра) делает возможным только два расположения химических групп вокруг него. Это приводит к особому отличию веществ друг от друга, а именно – изменению направления вращения плоскости поляризации поляризованного света, проходящего через раствор. Величину угла поворота определяют при помощи поляриметра. В

соответствии с углом поворота выделяют правовращающие (+) и левовращающие (–) изомеры.

Деление на L- и D-формы не соответствует делению на право- и левовращающие. Для одних аминокислот L-формы (или D-формы) являются правовращающими, для других – левовращающими. Например, L-аланин – правовращающий, а L-фенилаланин – левовращающий. При смешивании L- и D-форм одной аминокислоты образуется рацемическая смесь, не обладающая оптической активностью.

По участию аминокислот в синтезе белков

Выделяют протеиногенные (20 АК) и непротеиногенные (около 40 АК). Все протеиногенные аминокислоты являются α -аминокислотами.

На примере протеиногенных аминокислот можно показать дополнительные способы классификации:

o по строению бокового радикала – неполярные (алифатические, ароматические) и полярные (незаряженные, отрицательно и положительно заряженные),

o электрохимическая – по кислотно-основным свойствам подразделяют нейтральные (большинство), кислые (Асп, Глу) и основные (Лиз, Арг, Гис) аминокислоты,

o физиологическая классификация – по необходимости для организма выделяют незаменимые (Лей, Иле, Вал, Фен, Три, Тре, Лиз, Мет) и заменимые. Две аминокислоты являются условно незаменимыми (Арг, Гис), т.е.их синтез происходит в недостаточном количестве.

I. Физико-химическая – основана на различиях в физико-химических свойствах аминокислот. 1) Гидрофобные

аминокислоты (неполярные). Компоненты радикалов содержат обычно углеводородные группы и

ароматические кольца. К гидрофобным аминокислотам относятся ала, вал, лей, иле, фен, три, мет. 2)

Гидрофильные (полярные) незаряженные аминокислоты . Радикалы таких аминокислот содержат в своем

составе полярные группировки (-ОН, -SH, -NH2). Эти группы взаимодействуют с дипольными молекулами

воды, которые ориентируются вокруг них. К полярным незаряженным относятся гли, сер, тре, тир, цис, глн, асн.

3) Полярные отрицательно заряженные аминокислоты. К ним относятся аспарагиновая и глутаминовая

кислоты. В нейтральной среде асп и глу приобретают отрицательный заряд. 4) Полярные положительно

заряженныеаминокислоты : аргинин, лизин и гистидин. Имеют дополнительную аминогруппу (или

имидазольное кольцо, как гистидин) в радикале. В нейтральной среде лиз, арг и гис приобретают

положительный заряд.

II. Биологическая классификация. 1)

Незаменимые аминокислоты не могут

синтезироваться в организме человека и

должны обязательно поступать с пищей (вал,

иле, лей, лиз, мет, тре, три, фен) и еще 2

аминокислоты относятся к частично

незаменимым (арг, гис). 2)Заменимые

аминокислоты могут синтезироваться в

организме человека (глутаминовая кислота,

глутамин, пролин, аланин, аспарагиновая

кислота, аспарагин, тирозин, цистеин, серин и

глицин).Строение аминокислот . Все

аминокислоты являются α-аминокислотами.

Аминогруппа общей части всех аминокислот

присоединена к α-углеродному атому.

Аминокислоты содержат карбоксильную

группу –COOH и аминогруппу -NH2. В белке

ионогенные группы общей части аминокислот

участвуют в образовании пептидной связи, и

все свойства белка определяются только

свойствами радикалов аминокислот.

Аминокислоты амфотерные соединения.

Изоэлектрической точкой аминокислоты называют значение pH, при

котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом.

Основные углеводы пищи. Переваривание углеводов в ротовой полости и желудочно-кишечном тракте,

амилолитические ферменты слюны, поджелудочной железы, гидролиз дисахаридов. Всасывание

моносахаридов (механизм всасывания).

По количеству углеводных остатков УВ разделяются на 3 основных класса: 1. моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и др.); 2. дисахариды (мальтоза, сахароза, лактоза); 3. Полисахариды (гомополисахариды крахмал, гликоген, клетчатка). Крахмал – резервный гомополисахарид растений, построенный из остатков α-глюкозы. Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: амилозы и амилопектина. В амилозе остатки глюкозы связаны α-1,4-гликозидными связями, в точках ветвления амилопектина - α-1,6-гликозидными связями. Молекулярная масса крахмала – 106-107. Гликоген – резервный гомополисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α–Д-глюкозы. Гликоген содержится практически во всех органах и тканях человека и животных; наибольшее его количество находится в печени и

мышцах. Молекулярная масса гликогена 107 – 109 и выше. Гликоген по своему строению близок к амилопектину. Остатки глюкозы связаны α-1,4-гликозидными и α-1,6-гликозидными связями (в точках ветвления). В молекуле гликогена имеется большее число α-1,6-гликозидных связей по сравнению с крахмалом. Клетчатка – это единственный гомополисахарид, который не переваривается в ЖКТ человека, т.к. пищеварительные железы человека не вырабатывают β–глюкозидазу. Однако клетчатка выполняет ряд важных функций: 1. способствует

формированию кала; 2. усиливает перистальтику кишечника; 3. является адсорбентом, с которым из кишечника выводятся излишки холестерина, соли тяжелых металлов. Роль углеводов: 1. Энергетическая (глюкоза – основной источник энергии для организма. При сгорании 1 г УВ выделяется 4 ккал энергии). 2. Структурно-функциональная (УВ – обязательный компонент гликопротеинов и протеогликанов, которые выполняют разнообразные функции: гормональную, рецепторную, защитную, ферментативную и др.). 3. Метаболическая (пентозы участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и нуклеотидных коферментов). Суточная потребность в углеводах составляет 400-500 г. Переваривание углеводов - это совокупность процессов поэтапного ферментативного гидролиза полисахаридов до моносахаридов, которые всасываются в кишечнике, разносятся током крови к печени и другим тканям организма, где подвергаются различным метаболическим превращениям. Переваривание УВ начинается в ротовой полости под действием фермента амилазы слюны (оптимум рН=6,8-7,2), которая гидролизует в крахмале α -1,4-гликозидные связи с образованием декстринов.

Всасывание УВ из просвета кишечника в энтероцит и из энтероцита в кровь происходит: 1)облегченной диффузией с участием переносчиков; 2) вторично активным транспортом (симпортом с ионами натрия) с

использованием энергии K, Na-АТФ-азы. Быстрее всех всасываются глюкоза и галактоза. От кишечника

всосавшиеся моносахариды транспортируются в печень, где происходит до 90% превращений моносахаров.

Поступление глюкозы в клетки сердечной, скелетных мышц и жировой ткани регулируется инсулином.

Количественное определение остаточного азота крови.

Определение остаточного азота ведут в безбелковом фильтрате крови. При нагревании с конц. серной кислотой безбелковый фильтрат минерализуется, затем определяются колориметрически с реактивом Несслера. Сульфат аммония образует с реактивом Несслера желто-оранжевое окрашивание. Расчет ведут по количеству стандартного раствора NH 4 Cl, пошедшего на титрование опытной пробы: (А · 0.05) ·100% = мг% 0.066 мг% = 0.714 = ммоль/л, где А – количество стандартного раствора, пошедшего на титрование.

20 – 40 мг% 15 – 25 ммоль/л

Подъем уровня остаточного азота (азотемия) наблюдается при ряде патологических состояний. В клинической практике азотемию подразделяют на 2 типа: ретенционную и продукционную. Ретенционная в основном зависит от недостаточной функции почек и обусловлена недостатком мочевины. Продукционная азотемия связана с поступлением в кровоток избыточного количества азотсодержащих веществ, как правило, за счет повышенного распада тканевых белков при сохраненной выделительной функции почек. Повышенное содержание остаточного азота (свыше 80 – 90 мг%) – уремия.

1. Молекулярная масса . Белки – высокомолекулярные органические азотсодержащие полимеры,

построенные из аминокислот. Молекулярная масса белков зависит от количества аминокислот в каждой

субъединице. 2. Буферные свойства. Белки – амфотерные полиэлектролиты, т.е. они сочетают в себе кислые и

основные свойства. В зависимости от этого белки могут быть кислыми и основными. 3. Факторы

стабилизации белка в растворе . ГИДРАТНАЯ ОБОЛОЧКА – это слой молекул воды, определенным образом

ориентированных на поверхности белковой молекулы. Поверхность большинства белковых молекул заряжена

отрицательно, и диполи молекул воды притягиваются к ней своими положительно заряженными полюсами. 4.

Факторы, снижающие растворимость белков . Значение рН, при котором белок становится

электронейтральным, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ) белка. Для основных белков ИЭТ находится в

щелочной среде, для кислых – в кислой среде. Денатурация – это последовательное нарушение четвертичной,

третичной, вторичной структур белка, сопровождающееся потерей биологических свойств. Денатурированный

белок выпадает в осадок. Осадить белок можно, изменяя рН среды (ИЭТ), либо высаливанием, либо действуя

каким-либо фактором денатурации. Физические факторы: 1. Высокие температуры. Часть белков подвергается

денатурации уже при 40-50 2. Ультрафиолетовое облучение 3. Рентгеновское и радиоактивное облучение 4.

Ультразвук 5. Механическое воздействие (например, вибрация). Химические факторы: 1. Концентрированные

кислоты и щелочи. 2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4). 3. Органические растворители (этиловый

спирт, ацетон) 4. Нейтральные соли щелочных и щелочноземельных металлов (NaCl, (NH4)2SO4)

2. Жиры, или триглицериды - природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и

одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. В живых организмах выполняют структурную,

энергетическую и др. функции. Наряду с углеводами и белками, жиры - один из главных компонентов питания.

Жидкие жиры растительного происхождения обычно называют маслами.

Гидролиз жиров. Расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты проводится обработкой их

щёлочью - (едким натром), перегретым паром, иногда - минеральными кислотами. Этот процесс

называется омылением.

Липопротеинлипаза - фермент, относящийся к классу липаз. ЛПЛ расщепляет триглицериды самых

крупных по размеру и богатых липидами липопротеинов плазмы крови - хиломикронов и липопротеинов

очень низкой плотности (ЛПОНП или ЛОНП)). ЛПЛ регулирует уровень липидов в крови, что определяет её

важное значение в атеросклерозе.

Гиперлипидемия (гиперлипопротеинемия) -аномально повышенный

уровень липидов и/или липопротеинов в крови человека. Нарушение обмена липидов и липопротеинов

встречается довольно часто в общей популяции. Гиперлипидемия является важным фактором риска

развития сердечно-сосудистых заболеваний в основном в связи со значительным влиянием холестерина на

развитие атеросклероза. Кроме этого, некоторые гиперлипидемии влияют на развитие острого панкреатита.

Мочевая кислота

Метод Мюллера-Зейферта основан на способности мочевой кислоты взаимодействовать с фосфорно-вольфрамовым реактивом с образованием соединения, окрашенного в синий цвет. Интенсивность окрашивания пропорциональна количеству мочевой кислоты. По показаниям ФЭКа и по формуле рассчитывают содержание мочевой кислоты: Сст - Еоп Мг% = Ест, где Сст = 2 мг% Ест = 0,06

2-6 мг% 0,12-0,36 ммоль/л

Гиперурикемия является основным симптомом подагры, а также наблюдается при синдроме Леша-Нихана – врожденном дефиците фермента гуанингипоксантинфосфорибозилтрансферазы. Подъем мочевой кислоты может быть следствием усиленного распада тканевых нуклеотидов (патологическое изменение крови, миелоз). Это явление носит название «вторичной» подагры. Некоторое нарастание мочевой кислоты наблюдается при диете, богатой пуринами. Снижение мочевой кислоты наблюдается при акромегалии, болезни Коновалова-Вильсона, ксантинурии.

Структурная организация белковых молекул. Первичная, вторичная, третичная структуры. Связи, участвующие в стабилизации структур. Зависимость биологических свойств белков от вторичной и третичной структуры. Четвертичная структура белков. Зависимость биологической активности белков от четвертичной структуры (изменение конформации протомеров).

Существует четыре уровня пространственной организации белка: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белковых молекул. Первичная структура белка - последовательность аминокислот в полипептидной цепи (ППЦ). Пептидная связь формируется только за счет альфа-аминогруппы и альфа-карбоксильной группы аминокислот. Вторичная структура - это пространственная организация стержня полипептидной цепи в виде α-спирали или β-складчатой структуры. В α-спирали на 10 витков приходится 36 аминокислотных остатков. Фиксируется α-спираль с помощью водородных связей между NH-группами одного витка спирали и С=О группами соседнего витка. β-Складчатая структура удерживается также водородными связями между С=О и NH-группами. Третичная структура - особое взаимное расположение в пространстве спиралеобразных и складчатых участков полипептидной цепи. В формировании третичной структуры участвуют прочные дисульфидные связи и все слабые типы связей (ионные, водородные, гидрофобные, Ван-дер-ваальсовые взаимодействия). Четвертичная структура – трехмерная организация в пространстве нескольких полипептидных цепей. Каждая цепь называется субъединицей (или протомером). Поэтому белки, обладающие четвертичной структурой, называют олигомерными белками.

Особенности химического состава и метаболизма нервной ткани (дыхание, обмен глюкозы и гликогена,

обмен макроэргов, липидов, белков и аминокислот). Обмен мозга при гипоксии. Пептиды и болевые реакции.

Дыхание. На долю головного мозга приходится 2–3% от массы тела. В то же времяпотребление

кислорода головным мозгом в состоянии физического покоядостигает 20–25% от общего потребления его всем

организмом, а у детейв возрасте до 4 лет мозг потребляет даже 50% кислорода, утилизируемоговсем

организмом.В о время прохождения через мозг кровь теряет около 8 об.%кислорода. В 1 мин на 100 г мозговой

ткани приходится 53–54 мл крови.Следовательно, 100 г мозга потребляет в 1 мин 3,7 мл кислорода, а

весьголовной мозг (1500 г) – 55,5 мл кислорода.

Метаболизм углеводов. Основным субстратом дыхания мозговой ткани является глюкоза. В 1 мин100 г

ткани мозга потребляют в среднем 5 мг глюкозы. Подсчитано, чтоболее 90% утилизируемой глюкозы в ткани

мозга окисляется до СО2 и Н2Опри участии цикла трикарбоновых кислот. В физиологических условиях роль

пентозофосфатного пути окисления глюкозы в мозговой ткани невелика, однако этот путь окисления глюкозы

присущ всем клеткам головного мозга. Образующаяся в процессе пентозофосфатного цикла восстановленная

форма НАДФ (НАДФН) используется для синтеза жирныхкислот и стероидов. Интересно отметить, что в

расчете на всю массуголовного мозга содержание глюкозы в нем составляет около 750 мг. За1 мин тканью мозга

окисляется 75 мг глюкозы. Следовательно, количествоглюкозы, имеющееся в ткани головного мозга, могло бы

быть достаточным лишь на 10 мин жизни человека.

Метаболизм макроэргов . Интенсивность обновления богатых энергией фосфорных соединений в го-

ловном мозге очень велика. Именно этим можно объяснить, что содержание АТФ и креатинфосфата в мозговой

ткани характеризуется значитель- ным постоянством. В случае прекращения доступа кислорода мозг может

≪просуществовать≫ немногим более минуты за счет резерва лабильных фосфатов.

Метаболизм аминокислот и белков Общее содержание аминокислот в ткани мозга человека в 8 раз

превышает концентрацию их в крови. Аминокислотный состав мозга отличается определенной

специфичностью. Так, концентрация свободной глутаминовой кислоты в мозге выше, чем в любом другом

органе млекопитающих (10 мкмоль/г). На долю глутаминовой кислоты вместе с ее амидом глутамином и

трипептидом глутатионом приходится более 50% α-аминоазота головного мозга. Известно, что обмен

аминокислот в мозговой ткани протекает в разных направлениях. Прежде всего пул свободных аминокислот

используется как источник ≪сырья≫ для синтеза белков и биологически активных аминов.

Метаболизм липидов Липиды составляют около половины сухой массы головного мозга. Как

отмечалось, в нервных клетках серого вещества особенно много фосфоглицеридов, а в миелиновых оболочках

нервных стволов – сфингомиелина. Из фосфоглицеридов серого вещества мозга наиболее интенсивно

обновляются фосфатидилхолины и особенно фосфатидилинозитол. Обмен липидов миелиновых оболочек

протекает с небольшой скоростью. Холестерин, цереброзиды и сфингомиелины обновляются очень медленно.

Ткань головного мозга взрослого человека содержит много холестерина (около 25 г). У новорожденных в

головном мозге всего 2 г холестерина; количество его резко возрастает в первый год жизни (примерно в 3 раза),

при этом биосинтез холестерина происходит в самой мозговой ткани. У взрослых людей синтез холестерина в

головном мозге резко снижается. Основная часть холестерина в зрелом мозге находится в неэтерифици-

рованном состоянии, эфиры холестерина обнаруживаются в относительно высокой концентрации в участках

активной миелинизации.

Активность аминотрансфераз (АлАт и АсАт) в крови.

Метод определения активности АлАт и АсАт основан на определении оптической плотности дифенилгидразона пирувата, явлвющегося продуктом дезаминирования аланина и иаспартата.

АлАт 0.1-0.7 АсАт 0.1-0.55

Повышение активности аминотрансфераз в сыворотке крови отмечено при целом ряде заболеваний и особенно при поражении органов и тканейЮ, богатых данными ферментами (печень, миокард). АсАт – резкое повышение через 6-12 часов после возникновения инфаркта миокарда, достигает максимума к 24-48 часам, а затем постепенно к 5 дню приходит к норме. Если к 4-5 дню активность АсАт не снижается, то пророгноз плохой. АлАт – при заболеваниях печени, токсических поражениях печени, холепатиях, холестазе, дерматомиозите. Повышение активности АлАт наблюдается при остром инфаркте миокарда, но не столь резко по сравнению с изменением АсАт. В норме соотношение акимвности АлАт и АсАт= 1.33±0.42. У больных инфекционным гепатитом происходит снижение коэффициента, а при инфаркте миокарда – резко возрастает.

Строение ферментов. Структура и функции активного центра. Механизм действия ферментов. Кофакторы

ферментов: ионы металлов и коферменты, их участие в работе ферментов. Активаторы ферментов: механизм

действия. Ингибиторы ферментативных реакций: конкурентные, неконкурентные, необратимые. Лекарственные

препараты – ингибиторы ферментов (примеры).

По строению ферменты могут быть:

1. однокомпонентные (простые белки),

2. двухкомпонентные (сложные белки).

К ферментам - простым белкам – относятся пищеварительные ферменты (пепсин, трипсин). К ферментам –

сложным белкам – можно отнести ферменты, катализирующие окислительно - восстановительные реакции. Для

каталитической активности двухкомпонентных ферментов необходим дополнительный химический компонент,

который называется кофактор , их могут играть как неорганические вещества (ионы железа, магния, цинка,

меди и др .), так и органические вещества – коферменты (например, активные формы витаминов ). Для работы

ряда ферментов необходимы и кофермент, и ионы металлов (кофактор). Коферменты – низкомолекулярные

органические вещества небелковой природы, связанные с белковой частью фермента временно и непрочно. В

случае, когда небелковая часть фермента (кофермент) связана с белковой прочно и постоянно, то такую

небелковую часть называют простетической группой . Белковая часть сложного белка-фермента называют

апоферментом. Вместе апофермент и кофактор образуют холофермент .

В процессе ферментативного катализа, принимает участие не вся белковая молекула, а лишь

определенный участок – активный центр фермента. Активный центр ферментов представляет часть молекулы

фермента, к которой присоединяется субстрат и от которой зависят каталитические свойства молекулы

фермента. В активном центре фермента выделяют «контактный» участок – участок, притягивающий и

удерживающий субстрат на ферменте благодаря своим функциональным группам и «каталитический»

участок , функциональные группы которого непосредственно участвуют в каталитической реакции. У

некоторых ферментов, кроме активного центра, имеется еще «другой» центр – аллостерический. С

аллостерическим центром взаимодействуют различные вещества (эффекторы), чаще всего различные

метаболиты. Соединение этих веществ с аллостерическим центром приводит к изменению конформации

фермента (третичной и четвертичной структуры). Активный центр в молекуле фермента либо создается, либо он

нарушается. В первом случае реакция ускоряется, во втором случае тормозится. Поэтому аллостерический центр

называют регуляторным центром фермента. Ферменты, имеющие в своей структуре аллостерический центр,

называются регуляторными или аллостерическими .В основу теории механизма действия ферментов положено

образование фермент-субстратного комплекса. Механизм действия фермента:

1. образование фермент-субстратного комплекса, субстрат прикрепляется к активному центру

фермента.

2. на второй стадии ферментативного процесса, которая протекает медленно, происходят

электронные перестройки в фермент-субстратном комплексе. Фермент (En) и субстрат (S) начинают

сближаться, чтобы вступить в максимальный контакт и образовать единый фермент-субстратный

комплекс. Продолжительность второй стадии зависит от энергии активации субстрата или

энергетического барьера данной химической реакции. Энергия активации – энергия, необходимая для

перевода всех молекул 1 моля S в активированное состояние при данной температуре. Для каждой

химической реакции существует свой энергетический барьер. Благодаря образованию фермент-

субстратного комплекса снижается энергия активации субстрата, реакция начинает протекать на более

низком энергетическом уровне. Поэтому вторая стадия процесса лимитирует скорость всего катализа.

3. на третьей стадии происходит сама химическая реакция с образованием продуктов реакции.

Третья стадия процесса непродолжительна. В результате реакции субстрат превращается в продукт

реакции; фермент-субстратный комплекс распадается и фермент выходит неизмененным из

ферментативной реакции. Таким образом, фермент дает возможность за счет образования фермент-

субстратного комплекса проходить химической реакции обходным путем на более низком

энергетическом уровне.

Кофактор - небелковое вещество, которое обязательно должно присутствовать в организме в

небольших количествах, чтобы соответствующие ферменты смогли выполнить свои функции. В состав

кофактора входят коферменты и ионы металлов (например, ионы натрия и калия).

Все ферменты относятся к глобулярным белкам, причем каждый фермент выполняет специфическую функцию,

связанную с присущей ему глобулярной структурой. Однако активность многих ферментов зависит от

небелковых соединений, называемых кофакторами. Молекулярный комплекс белковой части (апофермента) и

кофактора называется холоферментом. Роль кофактора могут выполнять ионы металлов (Zn2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+,

Cu2+, K+, Na+) или сложные органические соединения. Органические кофакторы обычно называют

коферментами, некоторые из них являются производными витаминов. Тип связи между ферментом и

коферментом может быть различным. Иногда они существуют отдельно и связываются друг с другом во время

протекания реакции. В других случаях кофактор и фермент связаны постоянно и иногда прочными

ковалентными связями. В последнем случае небелковая часть фермента называется простетической группой.

Роль кофактора в основном сводится к следующему:

изменение третичной структуры белка и создание комплементарности между ферментом и субстратом;

непосредственное участие в реакции в качестве еще одного субстрата.

Активаторами могут быть:

1) кофакторы, т.к. они важные участники ферментативного процесса. Например, металлы, входящие

в состав каталитического центра фермента: амилаза слюны активна в присутствии ионов Са,

лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – Zn, аргиназа – Mn, пептидаза – Mg и коферменты: витамин С, производные

различных витаминов (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, КоАSH и др.). Они обеспечивают связывание активного

центра фермента с субстратом.

2) анионы также могут оказывать активирующее влияние на активность фермента, например, анионы

Сl- активируют слюнную амилазу;

3) активаторами могут служить также вещества, создающие оптимальное значение рН среды для проявления

ферментативной активности, например, НСl для создания оптимальной среды желудочного содержимого для

активации пепсиногена в пепсин;

4) активаторами являются также вещества, переводящие проферменты в активный фермент, например,

энтерокиназа кишечного сока активирует превращение трипсиногена в трипсин;

5) активаторами могут быть разнообразные метаболиты, которые связываются с аллостерическим центром

фермента и способствуют формированию активного центра фермента.

Ингибиторы - это вещества, которые тормозят активность ферментов. Различают два основных типа

ингибирования: необратимое и обратимое. При необратимом ингибировании - ингибитор прочно (необратимо)

связывается с активным центром фермента ковалентными связями, изменяет конформацию фермента. Таким

образом, могут действовать на ферменты соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия и др.). Обратимое

ингибирование - это такой тип ингибирования, когда активность ферментов может восстанавливаться.

Обратимое ингибирование бывает 2-х типов: конкурентное и неконкурентное. При конкурентном

ингибировании обычно субстрат и ингибитор очень похож по химическому строению. При этом виде

ингибирования субстрат (S) и ингибитор (I) одинаково могут связываться с активным центром фермента. Они

конкурируют друг с другом за место в активном центре

фермента. Классический пример, конкурентного

ингибирование – торможение действия

сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой .

Неконкурентные ингибиторы связываются с

аллостерическим центром фермента. Вследствие этого

происходят изменения конформации аллостерического

центра, которые приводят к деформации

каталитического центра фермента и снижению

ферментативной активности. Часто аллостерическими

неконкурентными ингибиторами выступают продукты метаболизма. Лекарственные свойства ингибиторов

ферментов (Контрикал, Трасилол, Аминокапроновая кислота, Памба). Контрикал (апротинин) применяют для

лечения острого панкреатита и обострения хронического панкреатита, острого панкреонекроза, острых

кровотечений.

Понятие о белках крови. Белки крови как гетерогенная система. Отдельные функции белков, их

функциональная роль. Физиологические и патологические белки. Качественные и количественные изменения

белков крови. Понятие о гипер-, гипо-, парапротеинемии. Белковый коэффициент.

Из 9–10% сухого остатка плазмы крови на долю белков приходится 6,5–8,5%. Используя метод

высаливания нейтральными солями, белки плазмы крови можно разделить на три группы: альбумины,

глобулины и фибриноген. Нормальное содержание альбуминов в плазме крови составляет 40–50 г/л, глобулинов

– 20–30 г/л, фибриногена – 2,4 г/л. Плазма крови, лишенная фибриногена, называется сывороткой. Синтез

белков плазмы крови осуществляется преимущественно в клетках печени и ретикулоэндотелиальной системы.

Физиологическая роль белков плазмы крови многогранна. 1. Белки поддерживают коллоидно-осмотическое

(онкотическое) давление и тем самым постоянный объем крови. Содержание белков в плазме значительно выше,

чем в тканевой жидкости. Белки, являясь коллоидами, связывают воду и задерживают ее, не позволяя выходить

из кровяного русла. Несмотря на то что онкотическое давление составляет лишь небольшую часть (около 0,5%)

от общего осмотического давления, именно оно обусловливает преобладание осмотического давления крови над

осмотическим давлением тканевой жидкости. 2. Белки плазмы принимают активное участие в свертывании

крови. Ряд белков, в том числе фибриноген, являются основными компонентами системы свертывания крови. 3.

Белки плазмы в известной мере определяют вязкость крови, которая, как отмечалось, в 4– раз выше вязкости

воды и играет важную роль в поддержании гемодинамических отношений в кровеносной системе.

Количественное определение витамина С в моче.

Количество аскорбиновой кислоты определяется титриметрически по количеству 2,6-дихлорфенолиндо-фенола, пошедшего на титрование, и рассчитывается на суточное количество мочи. 2,6-дихлорфенолиндофе-нол (синего цвета) восстанавливается и обесцвечивается витамином С.

20 – 30 мг аскорбиновой кислоты за сутки

Экскреция витамина С с мочой снижается при цинге, острых и хронических инфекционных заболеваниях, при недостаточном поступлении вит. С с пищей. ДИАГНОСТИКА ГИПОВИТАМИНОЗА С: при введении в организм 100 мг аскорбиновой кислоты у здорового человека концентрация витамина С в моче увеличивается. При гиповитаминозе ткани задерживают аскорбиновую кислоту и ее выведение из организма снижается.

гликопротеинов может быть представлена моносахаридами (глюкозой, галактозой, маннозой, фруктозой, 6-

дезоксигалактозой), их аминами и ацетилированными производными аминосахаров (ацетилглюкоза,

ацетилгалактоза. На долю углеводов в молекулах гликопротеинов приходится до 35%. Гликопротеины

преимущественно глобулярные белки. Углеводный компонент протеогликанов может быть представлен

несколькими цепями гетерополисахаридов. Биологические функции гликопротеинов: 1. транспортная (белки

крови глобулины транспортируют ионы железа, меди, стероидные гормоны); 2. защитная : фибриноген

осуществляет свертывание крови; б. иммуноглобулины обеспечивают иммунную защиту; 3. рецепторная (на

поверхности клеточной мембраны расположены рецепторы, которые обеспечивают специфическое

взаимодействие).4. ферментативная (холинэстераза, рибонуклеаза); 5. гормональная (гормоны передней доли

гипофиза – гонадотропин, тиреотропин). Биологические функции протеогликанов: гиалуроновая и

хондроитинсерная кислоты, кератинсульфат выполняют структурную, связующую, поверхностно-механическую

Ферменты, которые обнаруживаются в норме в плазме или сыворотке крови, условно можно разделить

на 3 группы: секреторные, индикаторные и экскреторные.

Секреторные ферменты, синтезируясь в печени, в норме выделяются в плазму крови, где играют

определенную физиологическую роль. Типичными представителями данной группы являются ферменты,

участвующие в процессе свертывания крови, и сывороточная холинэстераза.

Индикаторные (клеточные) ферменты попадают в кровь из тканей, где они выполняют определенные

внутриклеточные функции. Один из них находится главным образом в цитозоле клетки (ЛДГ, альдолаза), другие

– в митохондриях (глутаматдегидрогеназа), третьи – в лизосомах (β-глюкуронидаза, кислая фосфатаза) и т.д.

Большая часть индикаторных ферментов в сыворотке крови определяется в норме лишь в следовых количествах.

При поражении тех или иных тканей ферменты из клеток ≪вымываются≫ в кровь; их активность в сыворотке

резко возрастает, являясь индикатором степени и глубины повреждения этих тканей.

Экскреторные ферменты синтезируются главным образом в печени (лейцинаминопептидаза,

щелочная фосфатаза и др.). В физиологических

условиях эти ферменты в основном выделяются с желчью. Еще не полностью выяснены механизмы,

регулирующие поступление данных ферментов в желчные капилляры. При многих патологических процессах

выделение экскреторных ферментов с желчью нарушается, а активность в плазме крови повышается.

Большинство ферментов, содержащихся в печени, присутствуют и в других органах тканей. Однако известны

ферменты, которые более или менее специфичны для печеночной ткани. К таким ферментам, в частности,

относится γ-глутамилтранспептидаза, или γ-глутамилтрансфераза (ГГТ). Данный фермент –

высокочувствительный индикатор при заболеваниях печени. Повышение активности ГГТ отмечается при остром

инфекционном или токсическом гепатите, циррозе печени, внутрипеченочной или внепеченочной закупорке

желчных путей, первичном или метастатическом опухолевом поражении печени, алкогольном поражении

печени. Иногда повышение активности ГГТ наблюдается при застойной сердечной недостаточности, редко –

после инфаркта миокарда, при панкреатитах, опухолях поджелудочной железы.

Органоспецифическими ферментами для печени считаются также гистидаза, сорбитолдегидрогеназа, аргиназа

и орнитинкарбамоилтрансфераза. Изменение активности этих ферментов в сыворотке крови свидетельствуето

поражении печеночной ткани. В настоящее время особо важным лабораторным тестом стало исследование

активности изоферментов в сыворотке крови, в частности изоферментов ЛДГ. Известно, что в сердечной мышце

наибольшей активностью обладают изоферменты ЛДГ1 и ЛДГ2, а в ткани печени – ЛДГ4 и ЛДГ5.

АМИНОКИСЛОТЫ

Аминокислоты - карбоновые кислоты, у которых в радикале атом водорода замещен на аминогруппу. Известно несколько сотен аминокислот. Важнейшими являются 20 аминокислот, входящих в состав белков, их называют протеиногенными. Аминокислоты, из которых построены белки, имеют аминогруппу в α-положении по отношению к карбоксильной группе. Отличительные свойства аминокислот связаны с их радикалом.

Существуют различные способы классификации аминокислот. Например, по числу аминных и карбоксильных групп.

Моноаминомонокарбоновые кислоты содержат одну аминогруппу и одну карбоксильную (основное количество аминокислот).

Моноаминодикарбоновые кислоты: аспарагиновая и глу­таминовая содержат по две карбоксильные группы на одну аминогруппу.

Диаминомонокарбоновые аминокислоты: лизин, аргинин, гистидин, наоборот, при одной карбоксильной группе имеют две амино - (или имино-) группы.

Из всех аминокислот выделяют:

Серосодержащие аминокислоты: цистеин и метионин. Гидроксиаминокислоты: серин, треонин, тирозин в радикале имеют гидроксигруппу. Циклические аминокислоты: фенилаланин, тирозин, триптофан, пролин, гистидин имеют в радикале кольцо. Ароматичес­кие аминокислоты содержат ароматическое кольцо: тирозин, фенилаланин, три­птофан. Иминокислота вместо амино - содержит иминогруппу: пролин.

Чаще всего аминокислоты делят по полярности и заряду их радикалов.

Неполярные содержат гидрофобный радикал, сообщающий эти свойства всей молекуле. К ним относятся:

Полярные, незаряженные аминокислоты имеют гидрофильный радикал. К ним относятся:

Полярные, заряженные аминокислоты. Две заряжены отрицательно:

аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Сообщают кислые свойства и молекуле белка.

Три основные, положительно заряженные аминокислоты. Аминокислоты этой группы - сильно щелочные соединения (основные), которые обуславливают такие же свойства у белков.

Редкие (минорные) аминокислоты. Аминокислоты, не встречающиеся в белках.

Аминокислоты могут подвергаться модификации уже после встраивания в белковую молекулу. К ним относятся гидроксипролин, гидроксилизин, встречающиеся в белке соединительной ткани - коллагене . Десмозин и изодесмозин - производные из четы­рех молекул лизина, обнаружены в другом белке соединительной ткани эластине. Иногда аминокислотой называют цистин - соединение, образованное из двух молекул цистеина, объединенных через серу дисульфидным мостиком. В составе рибосомальных белков обнаружены аминолимонная и карбоксиаспарагиновая кислоты. Большой отрицатель­ный заряд в участке белка, где находятся эти аминокислоты, препятствует вза­имодействию белка с рРНК. В ядерных белках гистонах встречаются ацетил - и метилпроизводные лизина и серина, в фосфопротеинах - фосфосерин.

Для редких аминокислот нет соответствующих три­плетов в ДНК, т. е. эти аминокислоты не шифруются нуклеиновыми кислотами.

Известно много аминокислот, которые никогда не встречаются в белках. На­пример, цитруллин и орнитин - промежуточные продукты цикла мочевины, γ-аминомасляная кислота, принимающая участие в передаче нервных импульсов, канаванин - аминокислота, обнаруженная у растений и токси­чная для других форм жизни и др.

Свойства аминокислот

1. Аминокислоты благодаря карбоксильной и аминной группам являются амфолитами , т. е. проявляют свойства как кислот, так и оснований. В водных растворах карбоксильная группа диссоциирует, а аминогруппа протонируется по уравнению:

2. Все аминокислоты, входящие в состав белков, за исключением глицина, обладают оптической активностью . По строению аминокислоты белков относятся к L-изомерам. D-изомеры аминокислот обнаружены в составе оболочек бактерий, пеп­тидных антибиотиков - грамицидине, актиномицидине и некоторых других соединении и никогда не встречаются в составе белков.

D и L стереоизомеры аминокислот сильно отличаются по своей биологической активности. Так, например, D формы аминокислот воспринимаются человеком как сладкие, а L формы, как нейтральные по вкусу.

D и L стереоизомеры называются энантиомерами. Иногда к D и L буквам добавляют индексы s (серин) и g (глицеральдегид), в зависимости от того, что взято в качестве эталона.

3. Ни одна аминокислота не поглощает видимой части спектра света. Ультрафи­олетовый свет поглощают ароматические аминокислоты: триптофан, тирозин и фенилаланин с максимумом при длине волны 280 нм. Этот факт имеет пра­ктическое значение для спектрофотометрического количественного определения белка, поскольку почти все белки содержат эти аминокислоты.

4. Химические реакции аминокислот обусловлены их функциональными группами.

Карбоксильная группа аминокислот вступает в реакции амидирования, этерификации, восстановления и др.

Большое практическое значение имеют реакции аминогрупп аминокислот.

Для количественного определения аминокис­лот часто используется нингидриновая реакция. Нингидриновая реакция характерна для α-аминокислот. Ее дают свободные аминокислоты, пептиды и белки. Благодаря окисляющей спо­собности, нингидрин декарбоксилирует и дезаминирует аминокислоту. Восстанов­ленный нингидрин образует с молекулой невосстановленного нингидрина и аммиа­ком одинаковый для всех аминокислот, кроме пролина, комплекс синего цвета.

Пролин и гидроксипролин дают с нингидрином желтоокрашенный продукт.

Для обнаружения и количественного определения аминокислот также часто ис­пользуются цветные реакции на радикал аминокислоты: ксантопротеиновая, реакция с флуорескамином, реакция Фоля, Милона, Сакагучи и др.

Качественные реакции аминокислот имеют большое практическое значе­ние в белковой химии.

Синтезируют аминокислоты химическим и микробиологическим путём. Причём при химическом синтезе получаются рацематы (растворы, в которых половина аминокислот D формы, а половина L), поэтому их приходиться переводить и очищать с помощью ферментов. При микробиологическом синтезе получается только L форма.

Также свободные аминокислоты и пептиды можно получить из белков ферментативным гидролизом

Аминокислоты могут взаимодействовать друг с другом, образуя пептидную связь, при этом образуется цепочка из аминокислот - пептид.

Функции аминокислот в организмах: входят в состав антибиотиков микроорганизмов (грамицидин), гормонов (пептид - инсулин), глутатиона (пептид - переносчик веществ через мембрану). Основная функция: образуют белки.

Назначение в промышленности: пищевые добавки, 1-ое место по объёму производства лизин и глутаминовая кислота, чуть меньше глицин и метионин.

Белки (протеины)- это высокомолекулярные органические вещества, являю­щиеся полимерами аминокислот. Молекулярная масса белков - свыше 6 тыс. Белки составляют 50% сухой массы клетки.

Основу любого проявления жизни (движения, дыхания, выделения, чувстви­тельности, размножения и т. д.) составляют белки.

Функции белков:

1. Образуют ферменты (трипсин, амилаза - ферменты класса гидролаз)

2. Запасающая (глиадин и зеин - белки зерна пшеницы и кукурузы, овальбумин - белок яйца)

3. Транспортная (гемоглобин переносит кислород, альбумины крови - жиры и жирные кислоты)

4. Сократительная (актин, миозин - белок мышц)

Флавиновые ферменты - белки желтого цвета. В качестве простетической группы эти ферменты имеют флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид - производные витамина В7 (рибофлавина).

2.Фосфопротеины - сложные белки, содержащие остаток фосфор­ной кислоты. Фосфорная кислота эфирной связью соединена с гидроксилом серина, треонина или тирозина. К числу фосфопротеинов относится казеин - белок молока. Этот протеин можно отнести также к гликопротеинам, так как он содержит гликомакропептид, стабилизирующий казеин в растворе. К фосфопротеинам относятся также белки яйца, гистоны и др.

3. Гликопротеины . Очень многие белки содержат углеводные ко­мпоненты, например: яичный альбумин, групповые факторы крови, белки оболочки клетки, мукопротеины слизей и др.

4. Липопротеины имеют в составе липидный компонент. Эти бел­ки входят в состав клеточных мемб­ран.

5. Нуклеопротеины - это комплексы нуклеиновых кислот и бел­ков, например, рибосомы и вирус табачной мозаики.

6. Металлопротеины - белки, содержащие металлы. Ферритин - белок, накапливающий железо в кроветворных органах, содержит до 23% железа в виде Fe(OH)3. Ферменты алкогольоксидаза и карбоксипептидаза содержат цинк, тирозиноксидаза - медь.

Белки также делят по их форме на глобулярные (гемоглобин) и фибриллярные (кератин).

Лекция №3

Тема: «Аминокислоты – строение, классификация, свойства, биологическая роль»

Аминокислоты – азотосодержащие органические соединения, в молекулах которых содержатся аминогруппа –NH2 и карбоксильная группа -СООН

Простейшим представителем является аминоэтановая кислота H2N — CH2 — COOH

Классификация аминокислот

Существует 3 основные классификации аминокислот:

Физико-химическая – основана на различиях в физико-химических свойствах аминокислот

• Гидрофобные аминокислоты (неполярные). Компоненты радикалов содержат обычно углеводородные группы, где равномерно распределена электронная плотность и нет никаких зарядов и полюсов. В их составе могут присутствовать и электроотрицательные элементы, но все они находятся в углеводородном окружении.
• Гидрофильные незаряженные (полярные) аминокислоты . Радикалы таких аминокислот содержат в своем составе полярные группировки: -ОН, — SH, -CONH2
• Отрицательно заряженные аминокислоты . Сюда относятся аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Имеют дополнительную СООН-группу в радикале — в нейтральной среде приобретают отрицательный заряд.
• : аргинин, лизин и гистидин. Имеют дополнительную NH2-группу (или имидазольное кольцо, как гистидин) в радикале — в нейтральной среде приобретают положительный заряд.

Биологическая классификация – по возможности синтеза в организме человека

• Незаменимые аминокислоты, их еще называют «эссенциальные». Они не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно поступать с пищей. Их 8 и еще 2 аминокислоты относятся к частично незаменимым.

Незаменимые: метионин, треонин, лизин, лейцин, изолейцин, валин, триптофан, фенилаланин.

Частично незаменимые : аргинин, гистидин.

• Заменимые (могут синтезироваться в организме человека). Их 10: глутаминовая кислота, глутамин, пролин, аланин, аспарагиновая кислота, аспарагин, тирозин, цистеин, серин и глицин.

Химическая классификация — в соответствии с химической структурой радикала аминокислоты (алифатические, ароматические).

Аминокислоты классифицируют по структурным признакам.

1. В зависимости от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп аминокислоты подразделяют на α-, β-, γ-, δ-, ε- и т. д.

2. В зависимости от количества функциональных групп различают кислые, нейтральные и основные.

3. По характеру углеводородного радикала различают алифатические (жирные), ароматические, серосодержащие и гетероциклические аминокислоты. Приведенные выше аминокислоты относятся к жирному ряду.

Примером ароматической аминокислоты может служить пара-аминобензойная кислота:

Примером гетероциклической аминокислоты может служить триптофан – незаменимая α- аминокислота:

НОМЕНКЛАТУРА

По систематической номенклатуре названия аминокислот образуются из названий соответствующих кислот прибавлением приставки амино- и указанием места расположения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе. Нумерация углеродной цепи с атома углерода карбоксильной группы.

Например:

Часто используется также другой способ построения названий аминокислот, согласно которому к тривиальному названию карбоновой кислоты добавляется приставка амино- с указанием положения аминогруппы буквой греческого алфавита.

Пример:

Для α-аминокислот R-CH(NH 2 )COOH

которые играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности животных и растений, применяются тривиальные названия.

Таблица. Некоторые важнейшие α-аминокислоты

Если в молекуле аминокислоты содержится две аминогруппы, то в ее названии используется приставка диамино- , три группы NH2 – триамино- и т.д.

Пример:

Наличие двух или трех карбоксильных групп отражается в названии суффиксом –диовая или -триовая кислота :

ПРИМЕНЕНИЕ

1) аминокислоты широко распространены в природе;

2) молекулы аминокислот – это те кирпичики, из которых построены все растительные и животные белки; аминокислоты, необходимые для построения белков организма, человек и животные получают в составе белков пищи;

3) аминокислоты прописываются при сильном истощении, после тяжелых операций;

4) их используют для питания больных;

5) аминокислоты необходимы в качестве лечебного средства при некоторых болезнях (например, глутаминовая кислота используется при нервных заболеваниях, гистидин – при язве желудка);

6) некоторые аминокислоты применяются в сельском хозяйстве для подкормки животных, что положительно влияет на их рост;

7) имеют техническое значение: аминокапроновая и аминоэнантовая кислоты образуют синтетические волокна – капрон и энант.

Суточная потребность в аминокислотах

В зависимости от типа аминокислоты определяется ее суточная потребность для организма. Общая потребность организма в аминокислотах, зафиксированная в диетологических таблицах — от 0,5 до 2 грамм в день.

Потребность в аминокислотах возрастает:

В период активного роста организма

Во время активных профессиональных занятий спортом
В период интенсивных физических и умственных нагрузок
Во время болезни и в период выздоровления

Потребность в аминокислотах снижается: При врожденных нарушениях, связанных с усваиваемостью аминокислот. В этом случае, некоторые белковые вещества могут стать причиной аллергических реакций организма, включая появление проблем в работе желудочно-кишечного тракта, зуд и тошноту.
Усваиваемость аминокислот

Скорость и полнота усвоения аминокислот зависит от типа продуктов, их содержащих. Хорошо усваиваются организмом аминокислоты, содержащиеся в белке яиц, обезжиренном твороге, нежирном мясе и рыбе.

Быстро усваиваются также аминокислоты при правильном сочетании продуктов: молоко сочетается с гречневой кашей и белым хлебом, всевозможные мучные изделия с мясом и творогом.
Полезные свойства аминокислот, их влияние на организм

Каждая аминокислота оказывает на организм свое воздействие. Так метионин особенно важен для улучшения жирового обмена в организме, используется как профилактика атеросклероза, при циррозе и жировой дистрофии печени.

При определенных нервно-психических заболеваниях используется глутамин, аминомасляные кислоты. Глутаминовая кислота также применяется в кулинарии как вкусовая добавка. Цистеин показан при глазных заболеваниях.

Три главные аминокислоты – триптофан, лизин и метионин, особенно необходимы нашему организму. Триптофан используется для ускорения роста и развития организма, также он поддерживает азотистое равновесие в организме.

Лизин обеспечивает нормальный рост организма, участвует в процессах кровеобразования.

Основные источники лизина и метионина – творог, говядина, некоторые виды рыбы (треска, судак, сельдь). Триптофан встречается в оптимальных количествах в субпродуктах, телятине и дичи.инфаркта.

Аминокислоты для здоровья, энергичности и красоты

Для успешного наращивания мышечной массы в бодибилдинге нередко используются аминокислотные комплексы, состоящие из лейцина изолейцина и валина.

Для сохранения энергичности во время тренировок спортсмены в качестве добавок к питанию используют метионин, глицин и аргинин, или продукты, их содержащие.

Для любого человека, ведущего активный здоровый образ жизни, необходимы специальные продукты питания, которые содержат ряд необходимых аминокислот для поддержания отличной физической формы, быстрого восстановления сил, сжигания лишних жиров или наращивания мышечной массы.

Каталог: wp-content -> uploads
uploads -> Хроническая сердечная недостаточность: определение, классификация, диагностика
uploads -> Лечение гериатрических пациентов с заболеваниями органов дыхания и кровообращения
uploads -> План: Предмет экологической биохимии
uploads -> Как алкоголь, табак и другие наркотики влияют на деторождение
uploads -> Кафедра дерматовенерологии
uploads -> Министерство здравоохранения и социального развития
uploads -> Доброкачественная гиперплазия предстательной железы

I. a-Аминокислоты

a-Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат карбоксильную и аминогруппу у одного и того же атома углерода. В большинстве АК, этот атом углерода — хиральный центр.

В АК, которые являются мономерами белков, он имеет относительную — L конфигурацию. Конфигурация определяется по первому хиральному атому (a-углерод).

NH2 – СН – СООН

–ИН на –ИЛ.

В составе радикалов могут быть функциональные группы, придающие им специфические свойства: карбоксильная, амино-, тиольная, амидная, гидроксильная, гуанидиновая.

Сами АК все в воде растворимы, но в составе белка свойства радикала оказывают влияние на растворимость белка в воде, поэтому АК с гидрофобными неполярными радикалами формируют нерастворимые белки (коллаген), АК с гидрофильными полярными радикалами формируют растворимые в воде белки (альбумины). Гидрофобные радикалы это углеводородные структуры, которые способны «склеиваться» друг с другом образуя гидрофобные связи, но не образуют водородные связи с водой и поэтому не растворяются в ней.

К ним относятся радикалы с неполярными связями (углеводородные радикалы). Гидрофильные радикалы имеют полярные связи и образуют диполь-дипольные или водородные связи водой. Гидрофобные и гидрофильные радикалы АК определяют пространственное строение белка, в который они входят.

Таблица.

Химические свойства

АК в растворе. Кислотно-основные свойства АК

Все АК хорошо растворимы в воде из-за наличия «стандартного блока». Наличие основного (аминогруппа) и кислотного (карбоксил) центра обуславливают амфотерность АК и автодиссоциацию. В растворе АК существуют в виде биполярного иона или цвиттер-иона:

NH2 – СН2 – СООН Û +NH3 – СН2 – СОО-

Орнитин

Если в радикале имеется кислотный центр это «кислые» АК.

К ним относятся дикарбоновые моноаминокислоты аспарагиновая и глутаминовая, в растворе данных кислот рН <7.

NH2 – СН – СООН + Н2О Û +NH3 – СН – СОО- Н3О+

СН2 – СООН СН2 – СОО-

у кислых АК будет при рН< 7, а у основных АК при рН>7.

Образование амидной (пептидной связи)

Карбоксильная группа является электрофильным субстратом в реакции SN и взаимодействует с нуклеофильной аминогруппой, образуя амидную или пептидную связь.

5. Качественная реакция на a—аминокислоты – образование окрашенного сине-фиолетового соединения с нингидрином

Трансаминирование

АЛАНИН ЩУК

ПВК АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА

Под действием кофермента НАД+ или НАДФ+ идет окислительное дезаминирование АК in vivo, в отличие от in vitro образуются оксогруппы кетокислот

Белки и пептиды

Вторичная структура белков

За счет внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определенную пространственную структуру называемую «конформация белков» .

Вторичная структура определяется пространственным строением молекулы и представляет собой наиболее выгодную конформацию в виде правозакрученной a- спирали или складчатую b-структуру. Стабилизация вторичной структуры идет за счет водородных связей между пептидными группами.

Третичная структура белков.

Третичная структура возникает за счет взаимодействия пептидных связей и боковых радикалов в водном растворе.

Молекула белка укладывается в пространстве в виде «глобулы» или «клубка» за счет гидрофобного взаимодействия неполярных или гидрофобных радикалов внутри глобулы, ионных связей между заряженными радикалами, дисульфидных ковалентных мостиков, образованных при окислении цистеина В ЦИСТИН, водородных связей между полярными радикалами и водой.

Свойства белков

Гидролиз в кислой и щелочной среде до АК.

2. Качественные реакции

на пептидную связь

– биуретовая реакция (фиолетовый хелатный комплекс с Си(ОН)2)

ОБРАЗОВАНИЕ БИУРЕТА

Б. на ароматические структуры

ксантопротеиновая реакция – взаимодействие с азотной кислотой с образованием нитробензольных производных желтого цвета.

Изоэлектрическое состояние

Белки содержат группы как кислотного, так и основного характера, поэтому они относятся к полиамфолитам.

Амфотерность связана с наличием в молекуле белка катионобразующих групп – аминогрупп (NH2 ) и анионобразующих групп – карбоксильных групп (COOH).

Знак заряда макромолекулы зависит от:

Ø Количества и природы свободных функциональных групп, например от соотношения карбоксильных и аминогрупп в молекуле белка.

Если в макромолекуле преобладают карбоксильные группы, то при рН = 7 заряд молекулы отрицательный (проявляются свойства слабой кислоты), если преобладают аминогруппы, то заряд белка положительный (характерны основные свойства)

В условиях жизнедеятельности организма белки обычно проявляют анионактивные свойства, вследствие чего поверхность эритроцитов и клеток имеет отрицательный заряд.

Ø рН среды

В кислой среде макромолекула приобретает положительный заряд, в щелочной — отрицательный.

Состояние, при котором число разноименных зарядов в белковой молекуле одинаково, т.е.

суммарный заряд полиамфолита равен нулю, называется изоэлектрическим . Значение рН раствора, соответствующее изоэлектрическому состоянию, называется изоэлектрической точкой (pI или И.Т.).

В среде с бóльшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH < pI) ионизация карбоксильных групп подавлена и белок приобретает положительный заряд. В среде с меньшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH > pI) карбоксильные группы депротонированы и белок заряжается отрицательно.

Таким образом, при рН раствора < рI, белок имеет положительный зарад; при рН раствора > рI, белок имеет отрицательный заряд.

Например, определить заряд следующих белков в растворе с рН =8,5: пепсина желудочного крови, гистона клеточных ядер и лизоцима.

рI (пепсина) = 2,0, т.к. pI меньше рН раствора, следовательно, белок имеет отрицательный заряд,

рI (гистона) = 8,5 , т.к. pI равен рН раствора, то белок нейтрален,

рI (лизоцима) = 10,7, т.к.

рI больше рН раствора, то белок имеет положительный заряд.

Свойства растворов белков

a-Аминокислоты

a-Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат карбоксильную и аминогруппу у одного и того же атома углерода. В большинстве АК, этот атом углерода — хиральный центр. В АК, которые являются мономерами белков, он имеет относительную — L конфигурацию. Конфигурация определяется по первому хиральному атому (a-углерод).

Все a-АК имеют общий фрагмент или “стандартный блок” и отличаются радикалом у a-углеродного атома.

Отсутствует радикал только у глицина, у него вместо радикала атом водорода.

NH2 – СН – СООН

Номенклатура аминокислот и их классификация и по строению радикалов

Названия для АК применяют преимущественно тривиальные (глицин от слова сладкий –glykos, серин от слова serieum – шелковистый, получен из фибрина шелка), для записи используют их трехбуквенное обозначение.

В составе полипептидной цепочки остаток АК, не имеющий карбоксильной группы в стандартном блоке называется с изменением окончания –ИН на –ИЛ. Например, глицил вместо глицин и т.д.

По строению углеродного скелета радикалов АК делятся на алифатические, ароматические и гетероциклические.

В составе радикалов могут быть функциональные группы, придающие им специфические свойства: карбоксильная, амино-, тиольная, амидная, гидроксильная, гуанидиновая. Сами АК все в воде растворимы, но в составе белка свойства радикала оказывают влияние на растворимость белка в воде, поэтому АК с гидрофобными неполярными радикалами формируют нерастворимые белки (коллаген), АК с гидрофильными полярными радикалами формируют растворимые в воде белки (альбумины).

Гидрофобные радикалы это углеводородные структуры, которые способны «склеиваться» друг с другом образуя гидрофобные связи, но не образуют водородные связи с водой и поэтому не растворяются в ней. К ним относятся радикалы с неполярными связями (углеводородные радикалы).

Гидрофильные радикалы имеют полярные связи и образуют диполь-дипольные или водородные связи водой. Гидрофобные и гидрофильные радикалы АК определяют пространственное строение белка, в который они входят.

Среди полярных радикалов также выделяют с зарядом (положительно и отрицательно заряженные), они лучше растворяются в воде и незаряженные, они растворяются в воде хуже.

Таблица.

Строение аминокислот – мономеров белка

Химические свойства

12Следующая ⇒

Читайте также:

1. CASE-средства. Общая характеристика и классификация
2. I. 3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ I.

   3.1. Классификация

3. II этап.

   Лекция 3. Аминокислоты

   Обоснование системы показателей для комплексной оценки, их классификация.

4. Административное принуждение и его классификация.
5. Акриловые материалы холодного отверждения. Классификация эластичных базисных материалов.

   Сравнительная оценка полимерных материалов для искусственных зубов с материалами другой химической природы.

6. АКСИОМЫ СТАТИКИ. СВЯЗИ И ИХ РЕАКЦИИ. ТРЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ
7. Аминокислотные медиаторы подразделяются на две группы: возбуждающие (глутамат, аспартат) и тормозные (гамма – аминомасляная кислота, глицин, бета – аланин и, таурин).
8. Анатомо-физиологические особенности и классификация
9. Анатомо-физиологические особенности кроветворения, классификация, основные синдромы.
10. Анатомо-физиологические особенности, основные синдромы и классификация
11. Анатомо-физиологические особенности, синдромы и классификация
12. Банки второго уровня, их классификация и ф-ции.

Алифатические аминокислоты

Алифатические аминокислоты обладают неполярными (гидрофобными) боковыми цепями. Они, как правило, участвуют в формировании гидрофобного ядра белка.

На поверхности белковой глобулы встречаются относительно редко. Несколько особняком стоит пролин: разрешенные области на карте Рамачандрана для пролина много уже, чем для других аминокислот, поэтому пролин сильно влияет на конформацию белковой цепи.

Серусодержащие аминокислоты

Боковая цепь фенилаланина полностью гидрофобна; две другие ароматические аминокислоты, хотя и содержат полярные группы в боковых цепях, имеют значительные гидрофобные части.

В связи с этим все ароматические аминокислоты могут входить в состав гидрофобного ядра белка и относительно редко встречаются на поверхности глобулы.

Положительно заряженные аминокислоты

Две отрицательно заряженные аминокислоты различаются, по сути, лишь длиной боковой цепи.

Аминокислоты с полярными положительно заряженными радикалами

Полярные незаряженные аминокислоты

Аспарагин близок к глутамину, а серин — к треонину. Все полярные аминокислоты встречаются, главным образом, на поверхности глобулы, взаимодействуя с водой.

Минимальная («нейтральная») аминокислота

У глицина боковая цепь сводится к одному водороду.

Важное свойство глицина — наличие на карте Рамачандрана существенно более широких разрешенных областей, чем у других аминокислот, в связи с чем глицин важен для задания нужной конформации белковой цепи.

Общая характеристика (строение, классификация, номенклатура, изомерия).

Основной структурной единицей белков являются a-аминокислоты. В природе встречается примерно 300 аминокислот. В составе белков найдено 20 различных a-аминокислот (одна из них – пролин, является не амино -, а имино кислотой). Все другие аминокислоты существуют в свободном состоянии или в составе коротких пептидов, или комплексов с другими органическими веществами.

a-Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у a-углеродного атома замещен на аминогруппу (–NН2), например:

Различаются аминокислоты по строению и свойствам радикала R.

Радикал может представлять остатки жирных кислот, ароматические кольца, гетероциклы. Благодаря этому каждая аминокислота наделена специфическими свойствами, определяющими химические, физические свойства и физиологические функции белков в организме.

Именно благодаря радикалам аминокислот, белки обладают рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимером, и обладают химической индивидуальностью.

Значительно реже в живых организмах встречаются аминокислоты с b- или g-положением аминогруппы, например:

Классификация и номенклатура аминокислот.

Существует несколько видов классификаций аминокислот входящих в состав белка.

А) В основу одной из классификаций положено химическое строение радикалов аминокислот. Различают аминокислоты:

Алифатические – глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин:

2. Гидроксилсодержащие – серин, треонин:

4. Ароматические – фенилаланин, тирозин, триптофан:

Аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, триптофан, пролин.

Все остальные аминокислоты относятся к полярным (в R-группе есть полярные связи С–О, С–N, –ОН, S–H).

Чем больше в белке аминокислот с полярными группами, тем выше его реакционная способность. От реакционной способности во многом зависят функции белка. Особенно большим числом полярных групп, характеризуются ферменты. И наоборот, их очень мало в таком белке как кератин (волосы, ногти).

В) Аминокислоты классифицируют и на основе ионных свойств R-групп (таблица 1).

Кислые (при рН=7 R-группа может нести отрицательный заряд) это аспарагиновая, глутаминовая кислоты, цистеин и тирозин.

Основные (при рН=7 R-группа может нести положительный заряд) – это аргинин, лизин, гистидин.

Все остальные аминокислоты относятся к нейтральным (группа R незаряжена).

Таблица 1 – Классификация аминокислот на основе полярности
R-групп.

Аминокислоты	Принятые однобуквенные обозначения и символы	Изоэлектрическая точка, рI	Среднее содержание в белках,%
Англ.	символ	Русск.
1. Неполярные R-группы Глицин Аланин Валин Лейцин Изолейцин Пролин Фенилаланин Триптофан 2. Полярные, незаряженные R-группы Серин Треонин Цистеин Метионин Аспарагин Глутамин 3. Отрицательно заряженные R-группы Аспарагиновая к-та Глутаминовая к-та Положительно заряженные R-группы Гистидин	GLy ALa VaL Leu Lie Pro Phe Trp Ser Thr Cys Met Asn GLn Tyr Asp GLy Lys Arg His	G A V L I P F W S T C M N Q Y D E K R N	Гли Ала Вал Лей Иле Про Фен Трп Сер Тре Цис Мет Асн Глн Тир Асп Глу Лиз Арг Гис	5,97 6,02 5,97 5,97 5,97 6,10 5,98 5,88 5,68 6,53 5,02 5,75 5,41 5,65 5,65 2,97 3,22 9,74 10,76 7,59	7,5 9,0 6,9 7,5 4,6 4,6 3,5 1,1 7,1 6,0 2,8 1,7 4,4 3,9 3,5 5,5 6,2 7,0 4,7 2,1

Г) По числу аминных и карбоксильных групп аминокислоты делятся:

– на моноаминамонокарбоновые , содержащие по одной карбоксильной и аминной группе;

– моноаминодикарбоновые (две карбоксильные и одна аминная группа);

– диаминомонокарбоновые (две аминные и одна карбоксильная группа).

Д) По способности синтезироваться в организме человека и животных все аминокислоты делятся:

– на заменимые,

– незаменимые,

– частично незаменимые .

Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и животных они обязательно должны поступать вместе с пищей.

Абсолютно незаменимых аминокислот восемь: валин, лейцин,изолейцин,треонин,триптофан, метионин,лизин, фенилаланин.

Частично незаменимые — синтезируются в организме, но в недостаточном количестве, поэтому частично должны поступать с пищей.

Такими аминокислотами являются арганин, гистидин, тирозин.

Заменимые аминокислоты синтезируются в организме человека в достаточном количестве из других соединений. Растения могут синтезировать все аминокислоты.

Изомерия

В молекулах всех природных аминокислот (за исключением глицина) у a-углеродного атома все четыре валентные связи заняты различными заместителями, такой атом углерода является асимметрическим, и получил название хирального атома .

Вследствие этого растворы аминокислот обладают оптической активностью – вращают плоскость плоскополяризованного света. Число возможных стереоизомеров ровно 2n, где n – число асимметрических атомов углерода. У глицина n = 0, у треонина n = 2. Все остальные 17 белковых аминокислот содержат по одному асимметрическому атому углерода, они могут существовать в виде двух оптических изомеров.

В качестве стандарта при определении L и D -конфигураций аминокислот используется конфигурация стереоизомеров глицеринового альдегида.

Расположение в проекционной формуле Фишера NH2-группы слева соответствуют L -конфигурации, а справа – D -конфигурации.

Следует отметить, что буквы L и D означают принадлежность того или иного вещества по своей стереохимической конфигурации к L или D ряду, независимо от направленности вращения.

Кроме 20 стандартных аминокислот встречающихся почти во всех белках, существуют еще нестандартные аминокислоты, являющиеся компонентами лишь некоторых типов белков – эти аминокислоты называют еще модифицированными (гидроксипролин и гидроксилизин).

Методы получения

– Аминокислоты имеют чрезвычайно большое физиологическое значение.

Из остатков аминокислот построены белки и полипептиды.

При гидролизе белковых веществ животных и растительных организмов образуются аминокислоты.

Синтетические способы получения аминокислот:

– Действие аммиака на галоидзамещённые кислоты

– α-Аминокислоты получают действием аммиака на оксинит-рилы

Общая характеристика (строение, классификация, номенклатура, изомерия).

Основной структурной единицей белков являются a-аминокислоты. В природе встречается примерно 300 аминокислот. В составе белков найдено 20 различных a-аминокислот (одна из них – пролин, является не амино -, а имино кислотой). Все другие аминокислоты существуют в свободном состоянии или в составе коротких пептидов, или комплексов с другими органическими веществами.

a-Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у a-углеродного атома замещен на аминогруппу (–NН 2), например:

Различаются аминокислоты по строению и свойствам радикала R. Радикал может представлять остатки жирных кислот, ароматические кольца, гетероциклы. Благодаря этому каждая аминокислота наделена специфическими свойствами, определяющими химические, физические свойства и физиологические функции белков в организме.

Именно благодаря радикалам аминокислот, белки обладают рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимером, и обладают химической индивидуальностью.

Значительно реже в живых организмах встречаются аминокислоты с b- или g-положением аминогруппы, например:

Классификация и номенклатура аминокислот.

Существует несколько видов классификаций аминокислот входящих в состав белка.

А) В основу одной из классификаций положено химическое строение радикалов аминокислот. Различают аминокислоты:

1. Алифатические – глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин:

2. Гидроксилсодержащие – серин, треонин:

4. Ароматические – фенилаланин, тирозин, триптофан:

5. С анионобразующими группами в боковых цепях-аспарагиновая и глутаминовая кислоты:

6. и амиды-аспарагиновой и глутаминовой кислот – аспарагин, глутамин.

7. Основные – аргинин, гистидин, лизин.

8. Иминокислота – пролин

Б) Второй вид классификации основан на полярности R-групп аминокислот.

Различают полярные и неполярные аминокислоты. У неполярных в радикале есть неполярные связи С–С, С–Н, таких аминокислот восемь: аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, триптофан, пролин.

Все остальные аминокислоты относятся к полярным (в R-группе есть полярные связи С–О, С–N, –ОН, S–H). Чем больше в белке аминокислот с полярными группами, тем выше его реакционная способность. От реакционной способности во многом зависят функции белка. Особенно большим числом полярных групп, характеризуются ферменты. И наоборот, их очень мало в таком белке как кератин (волосы, ногти).

В) Аминокислоты классифицируют и на основе ионных свойств R-групп (таблица 1).

Кислые (при рН=7 R-группа может нести отрицательный заряд) это аспарагиновая, глутаминовая кислоты, цистеин и тирозин.

Основные (при рН=7 R-группа может нести положительный заряд) – это аргинин, лизин, гистидин.

Все остальные аминокислоты относятся к нейтральным (группа R незаряжена).

Таблица 1 – Классификация аминокислот на основе полярности
R-групп.

3. Отрицательно заряженные
R-группы

Аспарагиновая к-та

Глутаминовая к-та

4. Положительно заряженные
R-группы

Гистидин

GLy ALa VaL Leu Lie Pro Phe Trp Ser Thr Cys Met Asn GLn Tyr Asp GLy Lys Arg His G A V L I P F W S T C M N Q Y D E K R N Гли Ала Вал Лей Иле Про Фен Трп Сер Тре Цис Мет Асн Глн Тир Асп Глу Лиз Арг Гис 5,97 6,02 5,97 5,97 5,97 6,10 5,98 5,88 5,68 6,53 5,02 5,75 5,41 5,65 5,65 2,97 3,22 9,74 10,76 7,59 7,5 9,0 6,9 7,5 4,6 4,6 3,5 1,1 7,1 6,0 2,8 1,7 4,4 3,9 3,5 5,5 6,2 7,0 4,7 2,1

Г) По числу аминных и карбоксильных групп аминокислоты делятся:

– на моноаминамонокарбоновые , содержащие по одной карбоксильной и аминной группе;

– моноаминодикарбоновые (две карбоксильные и одна аминная группа);

– диаминомонокарбоновые (две аминные и одна карбоксильная группа).

Д) По способности синтезироваться в организме человека и животных все аминокислоты делятся:

– на заменимые,

– незаменимые,

– частично незаменимые .

Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и животных они обязательно должны поступать вместе с пищей. Абсолютно незаменимых аминокислот восемь: валин, лейцин,изолейцин,треонин,триптофан, метионин,лизин, фенилаланин.

Частично незаменимые - синтезируются в организме, но в недостаточном количестве, поэтому частично должны поступать с пищей. Такими аминокислотами являются арганин, гистидин, тирозин.

Заменимые аминокислоты синтезируются в организме человека в достаточном количестве из других соединений. Растения могут синтезировать все аминокислоты.

Изомерия

В молекулах всех природных аминокислот (за исключением глицина) у a-углеродного атома все четыре валентные связи заняты различными заместителями, такой атом углерода является асимметрическим, и получил название хирального атома . Вследствие этого растворы аминокислот обладают оптической активностью – вращают плоскость плоскополяризованного света. Число возможных стереоизомеров ровно 2 n , где n – число асимметрических атомов углерода. У глицина n = 0, у треонина n = 2. Все остальные 17 белковых аминокислот содержат по одному асимметрическому атому углерода, они могут существовать в виде двух оптических изомеров.

В качестве стандарта при определении L и D -конфигураций аминокислот используется конфигурация стереоизомеров глицеринового альдегида.

Расположение в проекционной формуле Фишера NH 2 -группы слева соответствуют L -конфигурации, а справа – D -конфигурации.

Следует отметить, что буквы L и D означают принадлежность того или иного вещества по своей стереохимической конфигурации к L или D ряду, независимо от направленности вращения.

Кроме 20 стандартных аминокислот встречающихся почти во всех белках, существуют еще нестандартные аминокислоты, являющиеся компонентами лишь некоторых типов белков – эти аминокислоты называют еще модифицированными (гидроксипролин и гидроксилизин).

Методы получения

– Аминокислоты имеют чрезвычайно большое физиологическое значение. Из остатков аминокислот построены белки и полипептиды.

При гидролизе белковых веществ животных и растительных организмов образуются аминокислоты.

Синтетические способы получения аминокислот:

– Действие аммиака на галоидзамещённые кислоты

– α-Аминокислоты получают действием аммиака на оксинит-рилы

← Вернуться