Yarga54.ru

Все о домашних любимчиках
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Белки в биологии

Белки. Свойства белка.

Белки – природные полипептиды с огромной молекулярной массой. Они входят в состав всех живых организмов и выполняют различные биологические функции.

Строение белка.

У белков существует 4 уровня строения:

  • первичная структура белка – линейная последовательность аминокислот в полипептидной цепи, свернутых в пространстве:

  • вторичная структура белка – конформация полипептидной цепи, т.к. скручивание в пространстве за счет водородных связей между NH и СО группами. Есть 2 способа укладки: α-спираль и β— структура.

На одном витке укладываются 4 аминокислотных остатка, которые находятся снаружи спирали.

Полипептидная цепь растянута, ее участки располагаются параллельны друг другу и удерживаются водородными связями.

  • третичная структура белка – это трехмерное представление закрученной α-спираль или β-структуры в пространстве:

Эта структура образуется за счет дисульфидных мостиков –S-S- между цистеиновыми остатками. В образовании такой структуры участвуют противоположно заряженные ионы.

  • четвертичная структура белка образуется за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями:

Синтез белка.

В основе синтеза лежит твердофазный метод, в котором первая аминокислота закрепляется на полимерном носителе, а к ней последовательно подшиваются новые аминокислоты. После полимер отделяют от полипептидной цепи.

Физические свойства белка.

Физические свойства белка определяются строением, поэтому белки делят на глобулярные (растворимые в воде) и фибриллярные (нерастворимые в воде).

Химические свойства белков.

1. Денатурация белка (разрушение вторичной и третичной структуры с сохранением первичной). Пример денатурации – свертывание яичных белков при варке яиц.

2. Гидролиз белков – необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот. Так можно установить количественный состав белков.

3. Качественные реакции:

Биуретовая реакция – взаимодействие пептидной связи и солей меди (II) в щелочном растворе. По окончанию реакции раствор окрашивается в фиолетовый цвет.

Ксантопротеиновая реакция — при реакции с азотной кислотой наблюдается желтое окрашивание.

Биологическое значение белка.

1. Белки – строительный материал, из него построены мышцы, кости, ткани.

2. Белки — рецепторы. Передают и воспринимают сигнал, поступающих от соседних клеток из окружающей среды.

3. Белки играют важную роль в иммунной системе организма.

4. Белки выполняют транспортные функции и переносят молекулы или ионы в место синтеза или накопления. (Гемоглобин переносит кислород к тканям.)

5. Белки – катализаторы – ферменты. Это очень мощные селективные катализаторы, которые ускоряют реакции в миллионы раз.

Есть ряд аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме — незаменимые, их получают только с пищей: тизин, фенилаланин, метинин, валин, лейцин, триптофан, изолейцин, треонин.

Белки в биологии

Белки — это высокомолекулярные соединения (биополимеры), мономерами которых яв­ ляются аминокислоты, соединенные пептидными связями.

Аминокислотой называют органическое соединение, имеющее карбоксильную и амино­ группу, а также радикал. В природе встречается около 200 аминокислот, которые различаются взаимным расположением функциональных групп и радикалами, но только 20 из них входят в состав белков. Такие аминокислоты называют протеиногенными.

Не все протеиногенные аминокислоты могут синтези­ роваться в организме человека. Аминокислоты, которые образуются в организме человека в необходимом коли­ честве, называют заменимыми (их насчитывается 12), а аминокислоты, которые не синтезируются и должны поступать с пищей, — незаменимыми (8). К незамени­ мым аминокислотам относят валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин.

Уровни структурной организации белка.

У белков различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.

Первичная структура белка — это последовательность аминокислот, соединенных пептидной связью. Особенности аминокислотного состава белка обусловливают его пространственную укладку — возникновение вторичной и третичной структур. Изменение расположения хотя бы одной аминокислоты в первичной структуре влечет за собой измене­ ние более высоких структур, а также свойств белка в целом.

Вторичная структура представляет собой упорядоченную пространственную структуру белковой молекулы в виде спиралей или складок, поддерживаемых водородными связями, которые возникают между атомами кислорода и водорода. Более­менее длинные участки со вторичной структурой имеют, например, кератины волос и ногтей, фиброин шелка.

Третичная структура белка является формой пространственной укладки поли­ пептидной цепи в виде глобулы (клубка), поддерживаемой гидрофобными, водород­ ными, дисульфидными (S—S) и ионными связями . Она характерна для большинства белков организма, напри­ мер, миоглобина мышц.

Четвертичная структура — это про­ странственная организация нескольких глобул, которая поддерживается слабы­ ми взаимодействиями (гидрофобными, ионными, водородными и др.). Четвертичная структура характер­ на для гемоглобина и хлорофилла.

По форме молекулы различают фи­ бриллярные и глобулярные белки. Первые из них вытянуты, как, например, колла­ ген соединительной ткани или кератины волос и ногтей. Глобулярные же белки имеют форму глобулы, как миоглобин мышц.

Одни белки хорошо растворимы в воде, а другие растворяются толь­ ко в растворах солей, щелочей, кислот или органических растворителях. Структура мо­лекулы белка и его функциональная активность зависят от условий окружающей среды. Утрата белковой молекулой структуры, вплоть до первичной, называется денатурацией . Денатурация происходит вследствие изменения тем­пературы, рН, атмосферного давления, под действием кислот,
щелочей, солей тяжелых металлов, органических растворите­лей и др. Обратный процесс восстановления структуры назы­вается ренатурацией, однако он не всегда возможен. Полное разрушение белковой молекулы называется деструкцией

Читать еще:  Изложение белая белка

Белки выполняют в клетке ряд функций: пластическую (стро­ительную), каталитическую (ферментативную), энергетическую, сигнальную (рецепторную), сократительную (двигатель­ную), транспортную, защитную, регуляторную и запаса­ющую. Строительная функция белков связана с их наличи­ ем в клеточных мембранах и структурных компонен­тах клетки. Энергетическая обусловлена тем, что при расщеплении 1 г белка высвобождается 17,2 кДж энер­ гии. Белки — рецепторы мембран принимают участие в восприятии сигналов окружающей среды и их пе­ редаче в клетке, а также в межклеточном узнавании. Без белков невозможно движение клеток и организмов в целом. Они составляют основу жгутиков и ресничек, а также обеспечивают сокращение мышц и перемеще­ ние внутриклеточных компонентов. В крови человека и многих животных белок гемоглобин переносит кисло­ род и часть углекислого газа, другие белки транспорти­руют ионы и электроны. Защитная роль белков связана с иммунитетом: белок интерферон способен уничтожать многие вирусы, а белки­антитела участвуют в иммун­ ных реакциях. Среди белков и пептидов есть регулято­ ры, например, гормон поджелудочной железы, инсулин, регулирующий концентрацию глюкозы в крови. У неко­ торых организмов белки могут откладываться в запас, как у бобовых в семенах, или у птиц и пресмыкающих­ся в яйцах.

Белки

Молекулы белка — это биополимеры, которые, в отличие от углеводов, представляют собой линейную неразветвленную цепь, звенья которой отличаются химическими и физическими свойствами. Еще одно отличие белков от полисахаридов состоит в том, что белки имеют несколько структурных уровней организации. Изучая физиологию человека, мы будем рассматривать различные белки и их функциональное назначение.

Главные группы белков

Все разнообразие белков в соответствии со строением делят на две группы: простые — протеины (от греч. Протос — первый) и сложные — протеиды (от греч. Протос и Идос — вид).

Протеины — это белки, состоящие только из аминокислот. Они участвуют в формировании генетического аппарата клетки, определяя заключения ДНК в хромосомах; входят в состав крови, где выполняют защитные функции; содержатся в зерне злаков как резервная вещество; является составной частью костей, хрящей и волосков у млекопитающих.

В состав протеидов, кроме аминокислотной цепи, входит небелковая часть, это могут быть молекулы углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, остатки ортофосфорной кислоты, атомы металлов и некоторые другие вещества. Большинство белков клетки является протеидами.

Функциональные группы белков

Структурные белки входят в состав всех клеточных мембран. Кроме того, они являются важными компонентами кровеносных сосудов, ногтей, волос и стекловидного тела глаза.

Транспортные белки, к которым относится гемоглобин, разносят различные небольшие молекулы или ионы по организму.

Регуляторные белки — это определенные гормоны. Они регулируют процессы жизнедеятельности организма и производятся в железах внутренней секреции. Среди них наиболее известными являются гормон роста, образующийся в гипофизе, и гормоны поджелудочной железы, в частности инсулин.

Резервные белки. Большие запасы белков содержатся в яйцах животных или в зернах растений. Они являются резервными веществами, которые служат для построения тела развивающегося зародыша. Белок молока казеин выполняет функцию питательного вещества и содержится в молоке млекопитающих.

Защитные белки. К ним относятся иммуноглобулины, из которых формируются защитные вещества крови — антитела.

Сократительные белки входят в состав клеток мышц — это белки актин и миозин. Они имеют вид длинных цепей, закрученных в спираль.

Сигнальные белки. Ряд белков осуществляет в организме сигнальную функцию. К этой группе относятся рецепторные белки плазматической мембраны, предназначенные для распознавания клеткой определенных гормонов.

Белки также выполняют многие другие функции, которые непосредственно не связаны с их первоначальным назначением в клетке. Например, во время длительного голодания часть белков организм может использовать как источник энергии. Белковая цепь разрушается до аминокислот, которые в дальнейшем окисляются. При полном окисления 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. К примеру, африканские двоякодышащие рыбы рода Протоптер легко пережидают пересыхания водоемов, зарываясь в ил на несколько месяцев. Источником веществ и энергии, необходимых для поддержания жизнедеятельности, является их собственные мышцы.

Уровни организации белков

В структуре белка выделяют четыре уровня организации.

Первичный, вторичный и третичный уровень организации белка

Первичная структура белка

Первичная структура белка — это сообщающиеся пептидными связями остатки аминокислот, она имеет вид линейной цепи, то есть образуется прочными ковалентными связями. В состав большинства животных и растительных белков входят только 20 аминокислот, которые даже в небольшой полипептидной цепи, состоящей только из 150 аминокислот, могут образовать более 1 млрд комбинаций. В результате такого разнообразия комбинаций каждый вид белка имеет свою уникальную аминокислотную последовательность. Поскольку в состав белка входят как кислые, так и щелочные аминокислоты, любой белок обладает амфотерными свойствами.

Что более родственными являются виды животных и растений, то более схож в них порядок последовательностей аминокислот в составе одних белков. В частности, ученые выяснили, что у человека и шимпанзе около 98% белков имеют идентичные аминокислотные последовательности, а потому исследователи считают, что человека и шимпанзе «вылеплен из одного молекулярного теста». Для сравнения: во внешне очень похожих видах мышей или мушек-дрозофил лишь 75% белков организма идентичны.

Читать еще:  Белки относятся к группе

Вторичная структура белка

Вторичная структура — это закрученная в спираль полипептидная цепь. Считают, что такая пространственная форма молекулы белка энергетически выгодна. Спираль образуется водородными связями, которые возникают между остатками СО-группы одной аминокислоты и NH — другой, причем они возникают четко между аминокислотами, которые разделены в полипептидной цепи четырьмя аминокислотными остатками. Водородные связи значительно слабее ковалентных, но благодаря тому, что спираль «прошита» многочисленными водородными связями, ее структура очень прочная.

Третичная структура белка

Третичная структура белка — это тоже закрученная в спираль полипептидная цепь, форму которой определяют взаимодействия между остатками неполярных аминокислот. Именно вследствие такого вида связей капельки жира, разлитого на поверхности воды, слипаются. Гидрофобные связи слабее даже чем водородные, но их количество вполне достаточное для поддержания формы молекулы.

Слабость гидрофобных связей в данном случае является даже преимуществом: она делает третичную структуру белка достаточно лабильной (от лат. Лабилис — неустойчивый), что дает им возможность работать в различных условиях.

В некоторых белках третичная структура молекулы может стабилизироваться еще и ковалентными связями между атомами серы в молекулах аминокислоты серина, расположенными на разных частях молекулы.

В организме все разновидности белков имеют различную третичную структуру. Это означает, что каждому белку свойственна уникальная, причем довольно лабильная форма молекулы.

Третичная структура белков зависит от внутриклеточной среды, в частности от рН и температуры. Значительные колебания температуры или изменения химического состава клетки могут нарушить третичную структуру белка и влияют на его функционирование. Перегрев или влияние сильнодействующих химических веществ приводит к денатурации (от лат. Де — отсутствие, устранение чего-либо, Натура — природные свойства) — обычно необратимого разрушения третичной структуры белка.

Денатурация белка

Четвертичная структура белка

Отдельные виды белков образуют надмолекулярные структуры, в которых обычно сопряжены две или четыре одинаковые или очень близкие по строению молекулы. Например, гемоглобин — пигмент крови человека — состоит из четырех соединенных друг с другом молекул, две из которых называют а-гемоглобин, а две — б-гемоглобин. Четвертичного структуру имеют белки, функции которых особенно важны для организма.

3.8.2. Белки

Белки — высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков аминокислот, соединённых в длинную цепочку пептидной связью.

В состав белков живых организмов входит всего 20 типов аминокислот, все из которых относятся к альфа-аминокислотами, а аминокислотный состав белков и их порядок соединения друг с другом определяются индивидуальным генетическим кодом живого организма.

Одной из особенностей белков является их способность самопроизвольно формировать пространственные структуры характерные только для данного конкретного белка.

локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи в спирали

пространственная ориентация полипептидной спирали или способ ее укладки определенном объеме в глобулы (клубки) или фибриллы (нити)

Из-за специфики своего строения белки могут обладать разнообразными свойствами. Например, белки, имеющие глобулярную четвертичную структуру, в частности белок куриного яйца, растворяются в воде с образованием коллоидных растворов. Белки, обладающие фибриллярной четвертичной структурой в воде не растворяются. Фибриллярными белками, в частности, образованы ногти, волосы, хрящи.

Химические свойства белков

Гидролиз

Все белки способны вступать в реакцию гидролиза. В случае полного гидролиза белков образуется смесь из α -аминокислот:

Белок + nH2O => смесь из α-аминокислот

Денатурация

Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка без разрушения его первичной структуры называют денатурацией. Денатурация белка может протекать под действием растворов солей натрия, калия или аммония – такая денатурация является обратимой:

Денатурация же протекающая под действием излучения (например, нагрева) или обработке белка солями тяжелых металлов является необратимой:

Так, например, необратимая денатурация белка наблюдается при термической обработке яиц в процессе их приготовления. В результате денатурации яичного белка его способность растворяться в воде с образованием коллоидного раствора исчезает.

Качественные реакции на белки

Биуретовая реакция

Если к раствору, содержащему белок добавить 10%-й раствор гидроксида натрия, а затем небольшое количество 1 %-го раствора сульфата меди, то появится фиолетовое окрашивание.

раствор белка + NаОН(10%-ный р-р) + СuSO4 = фиолетовое окрашивание

Ксантопротеиновая реакция

растворы белка при кипячении с концентрированной азотной кислотой окрашиваются в желтый цвет:

раствор белка + HNO3(конц.) => желтое окрашивание

Белки, их строение и функции

Повсюду, где мы встречаем жизнь,
мы находим, что она связана
с каким-либо белковым телом.

Ф.Энгельс

Цели. Расширить знания о белках как природных полимерах, о многообразии их функций во взаимосвязи со строением и свойствами; использовать опыты с белками для реализации межпредметных связей и для развития интереса учащихся.

План изучения

  • Роль белков в организме.
  • Состав, строение, свойства белков.
  • Функции белков.
  • Синтез белков.
  • Превращения белков в организме.
Читать еще:  Белка и листвичка

ХОД УРОКА

Роль белков в организме

Учитель биологии. Из органических веществ, входящих в живую клетку, важнейшую роль играют белки. На их долю приходится около 50% массы клетки. Благодаря белкам организм приобрел возможность двигаться, размножаться, расти, усваивать пищу, реагировать на внешние воздействия и т. д.
«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка», – писал Энгельс в своих трудах.

Состав, строение, свойства белков

Учитель химии. Белки – это сложные высокомолекулярные природные соединения, построенные из -аминокислот. В состав белков входит 20 различных аминокислот, отсюда следует огромное многообразие белков при различных комбинациях аминокислот. Как из 33 букв алфавита мы можем составить бесконечное число слов, так из 20 аминокислот – бесконечное множество белков. В организме человека насчитывается до 100 000 белков.
Белки подразделяют на протеины (простые белки) и протеиды (сложные белки).
Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы, различно: инсулин – 51, миоглобин – 140. Отсюда Mr белка от 10 000 до нескольких миллионов.
Историческая справка. Первая гипотеза о строении молекулы белка была предложена в 70-х годах XIX в. Это была уреидная теория строения белка. В 1903 г. немецкий ученый Э.Г.Фишер предложил пептидную теорию, которая стала ключом к тайне строения белка. Фишер предположил, что белки представляют собой полимеры из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью NH–CO. Идея о том, что белки – это полимерные образования, высказывалась еще в 1888 г. русским ученым А.Я.Данилевским. Эта теория получила подтверждение в последующих работах. Согласно полипептидной теории белки имеют определенную структуру.
(Демонстрация кинофрагмента «Первичная, вторичная, третичная структура белка».)
Многие белки состоят из нескольких полипептидных частиц, которые складываются в единый агрегат. Так, молекула гемоглобина (С738Н1166S2Fe4O208) состоит из четырех субъединиц. Отметим, что Mr белка яйца = 36 000, Mr белка мышц = 1 500 000.

Первичная структура белка – последовательность чередования аминокислотных остатков (все связи ковалентные, прочные) (рис. 1).

Глоссарий. Биология

Среди органических веществ белки, или протеины, — самые многочисленные, наиболее разнообразные и имеющие первостепенное значение биополимеры. На их долю приходится 50 — 80% сухой массы клетки.

Молекулы белков имеют большие размеры, поэтому их называют макромолекулами. Кроме углерода, кислорода, водорода и азота, в состав белков могут входить сера, фосфор и железо. Белки отличаются друг от друга числом (от ста до нескольких тысяч), составом и последовательностью мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты (рис. 1)

Бесконечное разнообразие белков создается за счет различного сочетания всего 20 аминокислот. Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде:

Молекула аминокислоты состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей, одна из которых является аминогруппой (—NH2) с основными свойствами, другая — карбоксильной группой (—COOH) с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом (R), у разных аминокислот имеет различное строение. Наличие в одной молекуле аминокислоты основной и кислотной групп обусловливает их высокую реакционную способность. через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании белка. При этом возникает молекула воды, а освободившиеся электроны образуют пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами.

Молекулы белков могут иметь различные пространственные конфигурации, и в их строении различают четыре уровня структурной организации.

Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Она уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции.
Большинство белков имеют вид спирали в результате образования водородных связей между —CO- и —NH- группами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи. Водородные связи малопрочные, но в комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Эта спираль — вторичная структура белка.

Третичная структура — трехмерная пространственная «упаковка» полипептидной цепи. В результате возникает причудливая, но для каждого белка специфическая конфигурация — глобула. Прочность третичной структуры обеспечивается разнообразными связями, возникающими между радикалами аминокислот.

Четвертичная структура характерна не для всех белков. Она возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул белка.
Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам.
Нарушение природной структуры белка называют денатурацией. Она может происходить под воздействием температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остается в виде полипептидной цепи.
Этот процесс частично обратим: если не нарушена первичная структура, то денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру. Отсюда следует, что все особенность строение макромолекулы белка определяются его первичной структурой.

Кроме простых белков, состоящих только из аминокислот, есть еще и сложные белки

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector