Схема 1. Последов ателье ость атшгоа ври биохимических исследованиях Эош ассмюив» 06wt ятоаедоюм 6 страница

Альбумины — белки относительно небольшой молекулярной массы (15— 70 тыс.); они имеют избыточный отрицательный заряд и кислые свойства (изоэлектрическая точка 4, 7) из-за большого содержания глутаминовой кислоты. Это сильно гидратированные белки, поэтому они осаждаются только при большой концентрации водоотнимающнх веществ. Характерным (двойст­вом альбуминов является высокая адсорбционная способность. Они адсорби­руют полярные и неполярные молекулы. Благодаря высокой неспецифической адсорбции различных веществ альбумины плазмы крови играют физиологи­чески важную транспортную роль.

Глобулины — белки с большей, чем альбумины, моленулярной массой (свыше 100 000). В отличие от альбуминов они нерастворимы в чистой воде; растворимы в слабых солевых растворах. Глобулины — слабокислые или ней­тральные белки (изоэлектрическая точка лежит в интервале рН6 — 7, 3); содержат меньше, чем альбумины, кнслых аминокислот, Это слабогидрати- рованвые белки, поэтому и осаждаются они в менее концентрированных растворах сульфата аммония. Некоторые из глобулинов обладают способ­ностью к специфическому связыванию веществ (специфические переносчики), другие, как и альбумины, к неспецифическому связыванию липидораствори- мых веществ.

При электрофорезе происходит разделение альбуминов и глобулинов, поскольку оян обладают разной подвижностью в электрическом поле. Альбу­мины как полианионные белки быстрее движутся к аноду, чем глобулины. Поэтому при электрофорезе, например белков сыворотки крови или других биологических жидкостей, на бумаге или других поддерживающих средах белки в зависимости от их подвижности распределяются на фракции (зоны). Глобулины делятся на три главные электрофоретические фракции: a-, JJ- и у^гл°булины. Среди а-глобулинов выделяют а, - и а₂-глобулины; среди (3-глобулинов — р, - и р₂-глобулины; фракция у-глобулииоа представлена смесью различных иммуноглобулинов.

Электрофорез на бумаге позволяет получить до 5 главных зон белков сывортки крови (альбумины, сц-, а₂-, р- и у-глобулины). Высокую степень разрешения имеет электрофорез в полнакрнламидном геле, дающий возмож­ность выявить до 17 электрофоретических полос разных белков всех главных зон (альбуминов, о, -, Oj-, (З_г, и у-глобулинов). При электрофорезе вну­триклеточных белков или других жидкостей организма разделение белков происходит по тем же зонам подвижности, что и белков сыворотки крови. Но это не значит, что здесь присутствуют белки с той же функцией, что и в сыворотке крови, хотя электрофоретическая картина их сходна. Поэтому белки сыворотки крови часто используют в качестве стандарта для сравнения с белками, выделенными из разных тканей и жидкостей (при этом говорят, что такой-то неизвестный белок обладает, например, подвижностью а, -глобу­лина или альбумина и т. д.).

Протеиноиды — белки опорных тканей (костей, хрящей, связок и сухожи­лий, ногтей, волос н т. д.). Все они относятся к фибриллярным белкам (фиброин, коллаген, кератин, эластин). Они растворимы только в специаль­ных растворителях. Строение и физико-химические свойства этих фибрилляр­ных белков рассмотрены ранее.

Все перечисленное простые белки, строго говоря, не являются простыми. Пожалуй, лишь для гистонов и протаминов применимо это название, да и то с известными оговорками, поскольку в природных условиях они образуют прочные комплексы с ДНК. В остальных белках обнаружены неаминокислот­ные компоненты (углеводы, липиды, металлы и др.). По этой причине их нельзя назвать простыми. Кроме того, есть большая группа белков, которые ведут себя как альбумины (растворимы в воде), а высаливаются как глобули­ны. Их называют псевдоглобулинами.

Сложные белки, или белок-небелковые комплексы, являющиеся разновид­ностью смешанных макромолекул, целесообразно рассматривать после зна­комства со структурой и свойствами входящих в них небелковых компонен­тов — углеводов, липидов, полинуклеотидов и т, д.

7. Биологические функции белков

Биологические функции белков столь разнообразны (см. табл. 12), что трудно назвать процессы, а которых белки не принимают участия. Лишь генетиче­ская функция принадлежит не белкам, а нуклеиновым кислотам, структура которых приспособлена для записи и воспроизведения генетической про­граммы.

Таблица 12. Биологические функции белков и их характеристика

Характеристика функций белков

Одна из наиболее распространенных функций белков, которая состоит а ускорении химических превраще­ний (сиител и распад веществ; пе­ренос отдельных групп атомов, элек­тронов от одного вешества к другому) Регуляция обмена веществ внутри клеток и интеграция пЛ_м«на в раз­ных клетках целого организма

Избирательное связывание различ­ных регуляторов (гормонов, медиа­торов, циклических нунлеотидов) на поверхности клеточных мембран или внутри клетки (цитоаольяые рецеп-

Учествуют в построении различных мембран

Близкая по назначению и структур­ной, Обеспечивает прочность опор­ных тканей, участвуя в построении внеклеточных структур

Использование белков нак запасно- матернзла для питании развива­ющихся клеток

Близка к резервной. Белок исполь- •зустся как субстрат (при распаде) для образования анергии. При рас­паде I г белка выделяется 17, 1 кДж энергии

Сокращение (механический процесс) использованием химической энер-

1 Участиз в обравованнн разницы | электрических зарядов и градиента.

Фумаратгидратаза — катализирует обратимое превращение фумарат + +" Н_аО-*малат

Цигохрояоксидаэа — участвует в трансаорте электронов на кислород

Инсулин — участвует в регуляции

других обменов

ЛкТгропин — участвует а регуляции синтеза прогестерона в желтом теле

Цитоэольный рецептор зет радиола — связывает эстрад иол внутри клеток, например слизистой матки Глюкагонаеый рецептор — связывеет гормон глюхагон на поверхности Кле­точной мембраны, например печени Регуляторная субъединица протеин- киназы — связывает цАМФ внутри

Транскортин — переносит кортнко- стерояды (гормоны коры надпочечни­ков в крови)

Миоглобин — перекосит кислород в мышечной ткани

Структурные белки митохондрий, плазматической мембраны к т. д. Коллаген — структурный элемент опорного каркаса костной ткани, сухожилий

Фиброин — участвует, в построении оболочки кокона шалкопряда ф-Кератин — структурная основа шер­сти, ногтей, копыт

Проломаны и глютелины — вапасной матери ил семян пшеницы Овальбумин — запасной белок кури­ного яйца (используется при разви­тии зародыша)

Все белки (поступающие или с пищей, клн внутри плеточные), которые рас­падаются до конечных продуктов (СО„ Н_гО, мочевина)

Миозин — закрепленные ннтн в мио- фнбриалах

Актин — движущиеся а кг и в мно- фибрнллах

Na⁺, К⁺АТФаза — фермент, участ­вующий в создании разницы кон-

Трансформация электрической и ос­мотической энергии в химическую энергию (АТФ)

Вспомогательная генетическая фувк цня белков (приставка «ко» в пере­воде с латинского оеначает совмест­ность действия). Саки белки ие яв­ляются ген^ическнм (наследствен­ным) материалом, но помогают нук­леиновым кислотам р еа лнэовы вать способность к самовоспроизведению н переносу информации Способность некоторых белков уча­ствовать в регуляции матричных функций нуклеиновых кислот н пере­носа генетической информации

Антитела участвуют в обезврежива­нии чужеродных антигенов микроор­ганизмов (токсинов, выделяемых ими) путем образования комплекса антиген —антитело Некоторые белки и пептиды, выде­ляемые организмами (в основном микроорганизмами), яэляются ядо­витыми для других живых органнэ-

Благодаря функциональным группам белки связывают токсические соеди­нения (тяжелые мсткллы, алкалои­ды), обезвреживая их Участвуют в образовании тромба и кровотечения центрацнй ионов Na⁺ и К* и элек­трического заряда на клеточной мемб-

АТФ-синтетаза — осуществляет син­тез АТФ за счет разности электриче­ских потенциалов или градиента осмотической донцентрацни иоиоа на сопрягающей мембране

вующнй в репликации ДНК ДНК-зависимая РНК-полимераза — фермент, участвующий в переносе информации от ДНК к РНК

Гистоны — белки, участвующие в ре­гуляции репликации и частично транс­крипции участков ДНК Кислые белки — участвуют в регу­ляции процесса транскрипции от­дельных участков ДНК Иммуноглобулины А, М, G и др. — выполняют защитную функцию Комплемент — белок, саособствующий образованию комплекса ' антиген —

Фибриноген — белок сыворотки кро­ви. полимеризуется в виде сетки, составляющей структурную основ > тромба

ГЛАВА 4. УГЛЕВОДЫ

Углеводы наряду с белками — наиболее распространенные соединения, участ­вующие в построении клетки и используемые в' процессе fee жизнедеятель­ности.

Углеводами (сахарами) называют полиоксикарбоиильные соединения и их производные. Термин «углеводы» устарел и не отражает ни химической природы, ни состава этих соединений, однако предложенный для них термин «глициды» не.получил распространения. Характерным отличи­тельным признаком углеводов является наличие не менее двух гидроксиль- ных групп и карбонильной (альдегидной или кетоиной) группы. Следова-

н, с — он

диг идрохсиацетон

Углеводы, имеющие альдегидную группу, называют альдозами, а кетон- ную — кетозами.

Классификация углеводов основана на их структуре (схема 3) и физико- химических свойствах.

Схема 3. Структурная классификация углеводов Угл»мим (старты) |

По физико-химическим свойствам углеводы делят на нейтральные, содержащие только гидроксильНые и карбонильные группы; основные, включающие кроме названных аминогруппу (аминосахара); кислые, со­держащие кроме гидроксильных и карбонильных групп карбоксильные группы.

I, Моносахариды

Моносахариды, или монозы, — это простейшие углеводы. В названии всех моносахаридов имеется окончание -оза. Групповое наименование моно­сахаридов складывается из числа углеродных атомов и наличия соответст­вующей карбонильной группы — альдегидной или кетонной. Например, мо­носахариды, имеющие пять углеродных атомов, называют пентозами, а с уче­том альдегидной группы — альдопептозами; если же они содержат кето-

группу, то кетопентозами. Углеводы с шестью углеродными атомами назы­вают соответственно альдогексозами и кетогексозами.

Разные моносахариды принадлежат- к соединениям L- или D-ряда в зависимости бт L- или D-конфигурации заместителей у асимметрического атома углерода данного моносахарида, который дальше всего.отстоит от кар­бонильной группы. Например, у гексоз это С-5.'

В водном растворе моносахариды существуют в виде или развернутой цепи, или циклической структуры. Циклические моносахариды отсутствуют у триоз и тетроз, но, начиная с пентоз, происходит самопроизвольная реакция между одной из гидроксильных групп и карбонильной группой с образованием цикла. Так образуются, например, пятичленные (фураноз- ные) и шестичленные (пиранозные) циклы. Гидроксил у первого углерод­ного атома циклического моносахарида называют полуацетальным. От него зависят восстанавливающие свойства углеводов.

Производные моносахаридов. Модификация имеющихся групп или вве­дение новых заместителей в молекулу дает различные производные моноса­харидов. Они используются для построения разнообразных' полимерных углеводов. Некоторые из производных являются промежуточными продук­тами обмена.

Ниже приведены некоторые представители производных моносахаридов:

2-Дезокси-Р-рибоза (или просто дезоксирибоза) входит в состав дезоксири- бпнуклеоаидов и дезоксирибонуклеотидов, являющихся структурными моно­мерами ДНК.

Многие моносахариды участвуют в синтезе важной группы соедине­ний — гликозидов. В частности! рибоза и дезоксирибоза входят в состав
упомянутых нуклеозидов и нуклеотидов, являющихся N-гликозидами (см. «Нуклеиновые кислоты»).

Окисление спиртовой группы до карбоксильной приводит к образованию уроновых кислот. Среди них важную роль играют глюкуроновая, галакту- роиовая, маннуроиовая, идуроновая и другие кислоты,, которые входят в сос­тав кислых полисахаридов, или так называемых пектиновых веществ.' Окисление двух концевых групп до карбоксильной дает аровые кислоты — глюкаровую, галактаровую и т, д., которые не имеют точно установленного биологического значения.

Важную роль играют аминосахара, или аминодеэоксисахара. D-Глю- козамин используется для построения важных структурных полисахаридов — гналуроновой кислоты, хитина и др., а D-галактозамин участвует в синтезе полисахаридов хрящевой ткани — хондроитинсульфатов и некоторых глико- липидов. Производное D-глюкозамина N-ацетилмурамовая кислота входит в состав полисахаридов клеточных мембран бактерий, а производное D- маннозамнна N-ацетнлнейраминовая, или сиаловая, 'кислота является необ­ходимым звеном клеточных гликопротеидов и гликолнпидов тканей человека и животных.

Обширную группу производных моносахаридов составляют фосфорные афиры, которые образуются в ходе превращений углеводов в тканях.

Биологическое значение моносахаридов. В клетке моносахариды исполь­зуются как источник энергии, причем моносахариды (как, впрочем, и полисахариды) в отличие от других соединений являются энергетическим субстратом клеток организма человека и животных как в присутствии кисло- рода, так и в его отсутствие. Кроме того, моносахариды и их производные участвуют в построении • самых разнообразных биологических молекул, т. е. выполняют пластическую функцию.

2. Олигосахарнды

Олигосахаридами называют углеводы, имеющие от двух до десяти звеньев моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Они отличают­ся друг от друга составом моносахаридов и типом гликозндной связи.

Среди наиболее распространенных олигосахаридов можно отметить лактозу, содержащуюся в молоке; сахарозу, чрезвычайно распространенную в растительном мире; мальтозу, являющуюся продуктом частичного гидро­лиза крахмала в растениях; трееалозу, присутствующую в грибаХ:

В клетках и биологических жидкостях олигосахариды находятся как в свободном виде, так к в составе смешанных углевод-белковых комплексов (гликопротеидах), соединяясь с белком ковалентными связями.

Биологическое значение олигосахаридов еще подробно не изучено. Как ценные пищевые вещества, используемые клетками для получения энергии после разложения их на моносахариды, они известны давно. Возможно, что олигосахариды, входящие в состав гликопротеидов клеточной мембраны, являются своеобразными «локаторами», с помощью которых клетки «узна­ют» друг друга.

3. Полисахариды

Полисахаридами, или гликанами, называют высокомолекулярные углеводы содержащие более десяти моносахаридных звеньев, соединенных гликозид- ными связями. Разные полисахариды отличаются природой моносахаридов молекулярной массой и типом гликозидных связей в цепях моносахаридов. Чаще всего мономером их является D-глюкоза. Но встречаются и другие моносахариды: галактоза, манноза, фруктоза, а также производные моноса­харидов.

Различают гомополисахариды (гомогликаны), образованные моносаха­ридом одного типа, и, гетерополисахариды (гетерогликаны), состоящие из раз­ных моносахаридов. Например, крахмал — гомополисахарид (в него входит только D-глюкоза); гиалуроновая кислота—гетерополисахарид (в нее вхо­дят чередующиеся звенья D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D- глюкоза- мина).

По типу строения цепей полисахариды делят на линейные и разветв­ленные.