Михаил Ермолаев - Биологическая химия

Амфотерность белков лежит в основе белковой буферной системы, которая участвует в поддержании определенной реакции среды крови. Амфотерные свойства белков используются для разделения их на отдельные фракции (метод электрофореза) с целью диагностики различных заболеваний и контроля за состоянием больного.

Все белки обладают гидрофильными свойствами, т. е. имеют большое сродство с водой. Стабильность белковой молекулы в растворе обусловлена наличием определенного заряда и гидратной (водной) оболочки. В случае удаления этих двух факторов устойчивости белок выпадает в осадок. Выпадение белка в осадок может быть обратимым и необратимым. Обратимое осаждение белков (высаливание) возможно при действии концентрированных растворов солей щелочных или щелочно-земельных металлов, например (NH 4) 2SО 4, NaCl. Удаление этих веществ способствует переводу белков вновь в нативное (природное) состояние. Высаливание белков, таким образом, является обратимым процессом. В зависимости от концентрации соли в осадок будут переходить различные фракции белков. Так, глобулины крови осаждаются при полунасыщении растворов солями, а альбумины — при полном насыщении. Эта способность белков нашла широкое промышленное применение при получении различных фракций белков, например γ-глобулинов.

Рис. 11. Схема денатурации. а — нативная молекула; б — развертывание; в — случайный клубок

При необратимых реакциях осаждения белки претерпевают глубокие изменения и неспособны к обратному растворению. Это наблюдается при действии на белок солей тяжелых металлов, сильных кислот и щелочей и т. д. При нагревании до 100° белок выпадает в осадок, при этом в нем происходят необратимые внутримолекулярные превращения, связанные с изменением многочисленных свойств белка, в том числе биологических. Белок, потерявший свои нативные свойства, называется денатурированным , а сам процесс — денатурацией . Схема этого процесса представлена на рис. 11.

Это свойство белков используется в клинике. При отравлении тяжелыми металлами больному вводят per os молоко или сырые яйца с тем, чтобы металлы, денатурируя белки яйца или молока, адсорбировались на их поверхности, не действовали на белки кишечника и желудка и не всасывались в кровь.

В настоящее время установлено, что при кратковременном действии денатурирующего агента денатурированные белки могут перейти обратно в нативное состояние. Этот процесс называется ренатурацией.

Знание свойств белков и их элементарного состава не дает еще представления об их химической структуре.

Для ее изучения используют различные методы, в том числе гидролиз . Он представляет собой процесс расщепления белков на составные части при участии воды и нагревании. Гидролиз может быть 3 видов:

• кислотный,

• щелочной,

• ферментативный.

Для кислотного гидролиза применяются концентрированные растворы соляной и серной кислот и нагревание в течение 24 часов при температуре 100-110°. Щелочной гидролиз протекает при тех же условиях в присутствии 2N растворов щелочей. Ферментативный гидролиз обеспечивает расщепление белков при действии протеолитических ферментов при температуре 37-38°.

Однако ни один из этих видов гидролиза не лишен недостатков. При кислотном и щелочном гидролизах частично разрушаются некоторые составные части белка, а при ферментативном происходит засорение гидролизата продуктами распада самих ферментов. Поэтому, используя данные только всех видов гидролиза, можно получить полное представление о составе белков.

Конечными продуктами гидролиза белков являются аминокислоты. В результате длительных исследований было установлено, что в состав природных белков входит 20 аминокислот в различных сочетаниях. В настоящее время синтезировано около 80 новых аминокислот, которые не встречаются в составе белков организма.

Аминокислоты представляют собой органические кислоты, у которых водород α-углеродного атома замещен аминогруппой — NH 2, т. е. это αаминокислоты.

Общая формула аминокислот следующая:

Если у α-углеродного атома все валентности замещены различными функциональными группами (R-радикал не повторяет имеющиеся группы), то такой С-атом называют асимметрическим, а аминокислоту — оптически активной. Она способна вращать плоскость поляризованного луча и иметь стереоизомеры.

Например, в природе существуют 2 стереоизомера аланина.

Они различаются расположением аминогруппы у α-углеродного атома. D-Аланин характеризуется тем, что мысленное направление вращения от водорода к аминогруппе через метильную группу идет по часовой стрелке; у его изомера L-аланина это направление противоположное. Вещества, содержащие два стереоизомера, называются рацематами и обозначаются как D, L-вещества. Все природные аминокислоты относятся к L-ряду.

Все аминокислоты являются амфотерными электролитами и в растворе находятся в ионизированном состоянии за счет диссоциации карбоксильных и аминных групп.

Аминокислоты являются электрически нейтральными. Однако в кислой среде (при подавлении диссоциации карбоксильной группы) они становятся катионами , а в щелочной среде — анионами .

Все аминокислоты по структуре подразделяются на ациклические и циклические.

Ациклические аминокислоты по количеству аминных или карбоксильных групп делятся на:

1. моноаминомонокарбоновые аминокислоты, имеющие в своем составе одну аминную и одну карбоксильную группу; в водном растворе они нейтральны;

2. моноаминодикарбоновые аминокислоты, имеющие в своем составе одну аминную группу и две карбоксильные; их водный раствор имеет кислую реакцию;

3. диаминомонокарбоновые аминокислоты, в которых на одну карбоксильную группу приходятся две аминные; и; реакция в растворе щелочная.