Белки и аминокислоты

 
 

§ 38. Белки и аминокислоты

Вспомните: что вам известно из курса биологии о строении и биологической роли аминокислот и белков.

Понятие об аминокислотах. Аминокислоты — мономеры белков

Огромное значение для жизни на Земле имеют органические кислоты, в молекулах которых кроме карбоксильной группы -COOH есть еще одна группа — аминогруппа -NH2. Такие соединения называют аминокислотами. Все белки, содержащиеся в составе живых организмов, состоят из остатков молекул различных аминокислот.

В природе преобладают аминокислоты, в молекулах которых обе группы — карбоксильная и аминогруппа — соединены с одним атомом Карбона:

где R — атом Гидрогена или определенная группа атомов. Такие аминокислоты называют α-аминокислотами.

Самая простая аминокислота — аминоэтановая, ее также называют аминоуксусной кислотой, или глицином:

Аминокислот, как и других органических соединений, существует очень много. В живых организмах встречается около 700 аминокислот, но для синтеза белков растений и животных используется лишь 21 аминокислота, причем только α-аминокислоты.

Аминокислоты — твердые бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и плохо — в органических растворителях. Растворимость аминокислот обусловлена возможностью образования водородных связей карбоксильной группой (как в карбоновых кислотах) и аминогруппой. Некоторые аминокислоты сладкие на вкус.

Понятие о белках

Белки — природные высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из остатков молекул аминокислот, соединенных друг с другом пептидными связями.

Другими словами, белки — это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Обычно белки содержат 100 и более остатков молекул аминокислот, которые образуют полипептидную цепь. Большинство белков человеческого организма содержит несколько сотен аминокислотных остатков. Молекулярная масса белков колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По составу белки разделяют на протеины — простые белки, состоящие только из остатков молекул аминокислот, и протеиды — сложные белки, состоящие из остатков молекул аминокислот и различных небелковых составляющих, например ионов металлических элементов (как Fe2+ в гемоглобине), а также различных органических соединений.

Строение белков

В составе белков нашего организма встречаются остатки молекул более 20 аминокислот. Свойства белков зависят не только от того, какие аминокислотные остатки их образуют, но и от того, в какой последовательности они соединены друг с другом. Такую последовательность аминокислот называют первичной структурой белка (рис. 38.1). Определение первичной структуры белков — важная задача современной науки. Информация о первичной структуре всех белков организма содержится в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Рис. 38.1. Первичная структура белка (инсулин). Отдельными кружочками обозначены остатки молекул аминокислот. Внутри кружочков приведены их условные обозначения, например, «Гли» означает «глицин»

Полипептидная цепь обычно свернута в спираль, обладающую определенной пространственной структурой, — α-спираль (рис. 38.2, а), или собирается в β-складчатую структуру (рис. 38.2, б). Такое свертывание называют вторичной структурой белков. Существование вторичной структуры обусловлено возможностью образования водородных связей между различными частями соседних аминокислотных остатков. Спиральное строение белков впервые определил выдающийся американский ученый Лайнус Полинг.

Рис. 38.2. Вторичная структура белков: полипептидная цепь сворачивается в α-спираль (а) или β-складчатую структуру (б)

Спираль, в свою очередь, может иметь определенное пространственное строение, которое является специфическим для каждого белка: спираль сворачивается в клубок (глобулу). Такое строение называют третичной структурой белка (рис. 38.3, а). Для некоторых белков характерно объединение нескольких глобул (субъединиц) в одну частицу, что приводит к образованию четвертичной структуры белков (рис. 38.3, б). В составе таких структур могут содержаться ионы металлических элементов или другие вещества небелковой природы. Так, молекула белка гемоглобина состоит из четырех субъединиц, соединенных с ионом Феррума, что позволяет молекуле гемоглобина переносить кислород и углекислый газ в животных организмах.

Рис. 38.3. Третичная (а) и четвертичная (б) структуры белка

Несмотря на сложность строения молекул белков, их синтез в клетках животных организмов происходит очень быстро, всего за несколько секунд. Живые клетки — это хорошо организованные «фабрики», в которых четко налажена система поставок сырья (аминокислот) и технология сборки (синтеза) белков.

В природе существует множество различных белков. По физическим свойствам они могут существенно отличаться, что обусловлено выполнением различных функций. Они могут быть мягкими и хорошо растворяться в воде, как белок альбумин, содержащийся в яйце. А могут быть очень твердыми и вовсе не смешиваться с водой, как белок кератин, из которого состоят рога, копыта, ногти и перья. Но можно с уверенностью сказать, что у белков нет температуры плавления: при нагревании белки разрушаются и разлагаются.

Денатурация белков. Под действием различных факторов белки могут разлагаться, теряя свою пространственную структуру. Разрушение пространственной структуры белка с сохранением его первичной структуры называют денатурацией. Она происходит при нагревании, изменении кислотности среды, воздействии излучения или растворов солей тяжелых металлических элементов и органических растворителей. Примерами денатурации являются свертывание яичных белков в процессе варки яиц или уплотнение белков молока при скисании (рис. 38.4). Денатурация белков мяса происходит при его термической обработке и засолке. Антисептическое действие этилового спирта также основано на денатурации: при обработке кожи или медицинских инструментов белки бактерий денатурируют, что приводит к их гибели и обеззараживанию поверхности.

Рис. 38.4. При скисании молока образуется молочная кислота, которая вызывает денатурацию белков, содержащихся в молоке

Гидролиз белков. Другое химическое свойство белков — способность к гидролизу в кислотной или щелочной средах. При гидролизе разрываются пептидные связи и происходит расщепление полипептидной цепи. Полный гидролиз до отдельных аминокислот происходит при длительном нагревании белков с концентрированной хлоридной кислотой. После попадания белковых веществ в желудок под действием хлоридной кислоты и фермента пепсина происходит их гидролиз. Наш организм усваивает белковые вещества только в виде смеси аминокислот.

Иван Яковлевич Горбачевский (1854-1942)

Украинский биохимик, иностранный член АН УССР. Родился в селе Зарубинцы Тернопольской области. Окончил медицинский факультет Венского университета. Профессор Чешского университета, Украинского университета в Вене, ректор Украинского университета в Праге. Основные исследования посвящены биохимии обмена нитрогенсодержащих соединений. Одним из первых определил аминокислотную природу белков, возможность гидролиза нуклеиновых кислот. Исследовал способы образования мочевой кислоты в организме, что стало действенным методом диагностирования заболеваний. Был инициатором создания украинской химической терминологии. В 1911 году выдвигался на соискание Нобелевской премии.

Биологическая роль аминокислот и белков

Аминокислоты — это кирпичики, из которых построены белки, а значит, они являются основой жизни на нашей планете. Одним из первых предположение об аминокислотном составе белков высказал украинский ученый И. Я. Горбачевский. Для некоторых аминокислот характерны особые функции, например, глицин и глутамин — нейромедиаторы, они принимают участие в передаче нервных импульсов, а из тирозина образуется йодтироксин — гормон щитовидной железы. Аминокислоты получают гидролизом белков или синтезируют из соответствующих карбоновых кислот. Их используют в качестве питательных веществ в медицине и как пищевые добавки к продуктам и сельскохозяйственным кормам.

Белки в живых организмах выполняют разнообразные функции, что вы изучали на уроках биологии. Вспомним важнейшие из них.

Все без исключения химические реакции в организме происходят в присутствии специальных катализаторов — ферментов, представляющих собой белковые молекулы. Они ускоряют реакции в миллионы раз, причем каждую реакцию катализирует отдельный фермент.

Некоторые белки выполняют транспортную функцию — переносят молекулы или ионы к месту синтеза или накопления веществ. К примеру, белок гемоглобин в составе эритроцитов переносит кислород к тканям и углекислый газ — от них.

Белки — это строительный материал клеток, из них построены ткани организмов.

Белки-рецепторы воспринимают и передают сигналы, поступающие от соседних клеток или из окружающей среды. К примеру, действие света на сетчатку глаза воспринимает белок родопсин.

Белки жизненно необходимы любому организму и поэтому являются важнейшей составляющей продуктов питания. В процессе пищеварения они гидролизуются до аминокислот, которые являются сырьем для синтеза других белков, необходимых организму.

• Если при кипячении молоко сбегает и пригорает, то распространяется характерный запах жженого белка, что свидетельствует о его наличии в молоке.

• Аспартам — вещество, которое рекомендуют употреблять больным диабетом и людям с избыточным весом, в 100-200 раз слаще сахара. У него нет горького металлического привкуса, характерного для сахарина. Аспартам представляет собой белок, хорошо усваиваемый организмом человека, и является источником аминокислот. Он не приводит к кариесу зубов, а его усвоение не зависит от выработки организмом инсулина.

• Инсулин — это первый белок, состав которого был расшифрован. Он содержит только 51 аминокислотный остаток, но на определение их последовательности английскому биохимику Фредерику Сенгеру понадобилось 10 лет, за что в 1958 году он получил свою первую Нобелевскую премию. Сенгер — один из четырех ученых — дважды лауреатов Нобелевской премии, причем он единственный, кто дважды получил ее в области химии.

Ключевая идея

Белки — природные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Из протеиногенных аминокислот построено множество различных молекул белков, которые в живых организмах выполняют разнообразные функции.

Контрольные вопросы

  • 468. Какие соединения являются аминокислотами?
  • 469. Какие аминокислоты чаще встречаются в природе?
  • 470. Охарактеризуйте физические свойства аминокислот и белков.
  • 471. Опишите биологическую роль аминокислот и белков.
  • 472. Опишите уровни структурной организации белков.
  • 473. Благодаря каким связям реализуются первичная и вторичная структуры белков?

Задания для усвоения материала

474. Желатин — одно из широко используемых веществ-гелеобразователей. Если к раствору желатина добавить свежий ананас, то гель не образуется. Но гель достаточно быстро образуется при добавлении к раствору желатина консервированного или предварительно подвергнутого тепловой обработке ананаса. Объясните этот факт.

475. Сколько аминокислотных остатков содержит белок, изображенный на рисунке 38.1?

476. Как вы считаете, зависит ли строение и «поведение» молекул белков от рН раствора? Почему?

477. В белке куриного яйца массовая доля белков составляет 11 %, жиров — 0,2 %, углеводов — 0,7 %, а все остальное — вода и неорганические соли. В желтке куриного яйца массовая доля белков составляет 16%, жиров — 27 %, углеводов — 3,6 %, остальное — вода, холестерин и витамины. Средняя масса куриного яйца равна 60 г, а массы скорлупы, белка и желтка соотносятся как 12 : 56 : 32. Вычислите массу белков, жиров и углеводов, которые получает человек с одним куриным яйцом.

478. Из числа органических соединений, которые вы изучили в 9 классе, выпишите те, молекулы которых способны образовывать водородные связи. Сделайте вывод о влиянии водородных связей на свойства веществ.

479*. Вычислите массу глицина, которую можно получить из уксусной кислоты массой 15 г.

480*. Перечислите факторы, вызывающие денатурацию белков. Объясните механизм их действия. Почему денатурация различных белков происходит при различных условиях?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.