Головна
Реферати » Реферати по біології » Блискучий світ білків і пептидів

Блискучий світ білків і пептидів

А.А. Замятнін, докт. біол. наук,

Інститут біохімії ім. А.Н. Баха РАН

Серед безлічі речовин, що містяться в живому організмі, особливе місце займають білки. Їх частка від сухої маси клітин ссавців становить 60% - більше, ніж для всіх інших разом узятих хімічних сполук, і майже п'яту частину від загальної маси цих клітин. Кожен із сотень тисяч різних білків володіє унікальною хімічною і просторовою структурою, які визначають його специфічні функції.

Систематичне дослідження структури і функцій численних білків та їх природних фрагментів - олигопептидов - почалося в другій половині XX в. і продовжує стрімко розвиватися. Щороку публікується кілька десятків тисяч наукових робіт, присвячених білковим речовинам, багато тисяч вчених з більш ніж 50 країн щодня працюють над цією проблемою. В останні роки сформувалася навіть спеціальна наука протеоміка, присвячена саме білкам. Не перестаєш захоплюватися різноманіттю все нових і нових хімічних, структурних і функціональних форм білків, їх взаємозв'язку в здійсненні життєво важливих процесів, складності й одночасно простоту всього цього, а також красі як окремих молекул, так і процесів за їх участю. Білки і пептиди представляють собою дивний і унікальний світ, для вивчення якого необхідне залучення знань всіх природних, і не тільки природних, наук. Саме з позицій різних наук і професій ми і спробуємо зазирнути в цей блискучий світ людського знання.

Філософія

На білки філософи звернули увагу відразу ж після того, як була з'ясована їх поширеність в живій природі і різноманіття функцій. І це не дивно, оскільки по одному з визначень філософія - це наука про загальні закони розвитку природи, суспільства і мислення.

Широке поширення набуло визначення життя, дане Ф. Енгельсом в його праці «Анти-Дюрінг» , вперше повністю опублікованому в 1878 г. Звичайно цитують тільки першу частину цього визначення. Наведемо його повністю: «Життя є спосіб існування білкових тіл, і цей спосіб існування полягає по своїй суті в постійному самооновлення хімічних складових частин цих тіл» . У наші дні, коли про життєво важливі речовинах і процесах відомо незмірно більше, таке визначення не може не викликати відчуття неповноти та обмеженості. Однак і сам автор визначення усвідомлював його вразливість, написавши в тій же книзі двома сторінками нижче: «Наше визначення життя, зрозуміло, дуже недостатньо, оскільки воно далеко від того, щоб охопити всі явища життя, а, навпаки, обмежується найзагальнішими і найпростішими серед них ... »

Мабуть, Ф.Енгельс був із великих філософів, які відзначили важливість білків в життєдіяльності організмів. У міру накопичення нових біологічних знань ця тема постійно залишається предметом обговорення і гострих суперечок. Наприклад, в 1969 р автору цих рядків довелося бути свідком дискусії між двома поважними академіками - В.А. Енгельгардтом (1894-1984) і М.Н. Лівановим (1907-1986) про те, які речовини - білки або нуклеїнові кислоти - визначальні у процесах пам'яті. Біохімік і фізіолог торкнулися не тільки біологічну, але і філософську тему, оскільки пам'ять є невід'ємною частиною людського мислення, а мислення, як зазначено вище, - одна з філософських проблем, що становлять її визначення як науки.

Очевидно, що все більш глибоке філософське усвідомлення сутності живого та ролі білків в життєдіяльності відбуватиметься і надалі, але для цього необхідно вичерпно уявляти собі всю проблему білків і пептидів, починаючи з її основ, які ми і маємо намір обговорити.

Хімія

Часто говорять, що білки складаються (утворені) з амінокислот. Незважаючи на те що сенс цього твердження простий і багатьом зрозумілий, хімік може відзначити, що воно некоректно. Чому?

Так, дійсно, в утворенні білків беруть участь амінокислоти. Однак при з'єднанні один з одним вони перестають бути такими з хімічної точки зору. Розглянемо цей процес більш детально.

В живих організмах відкрито кілька сотень різних амінокислотних структур, і всі вони можуть бути охарактеризовані однієї загальної хімічною формулою в двох варіантах:

Блистающий мир белков и пептидов

У всіх амінокислотах маються аминная-NH3 + ( N-кінець) і карбоксильная-COO-(С-кінець) групи, які визначають відповідно основні і кислотні прояви цих речовин, в результаті чого вони мають амфотерними (як лужними, так і кислотними) властивостями.

З наведених формул також видно, що всі ці речовини різняться лише радикалами R. У освіті білків бере участь 20 так званих стандартних амінокислот, тобто 20 різних радикалів R (табл. 1). Чи не обговорюючи докладно хімічні особливості кожного радикала, відзначивши їх лише різними числовими індексами i (R i), подивимося, що станеться з амінокислотами після з'єднання один з одним.

Наступна формула характеризує речовина (трипептид) - результат з'єднання трьох амінокислот (в розчині):

Блистающий мир белков и пептидов

Приєднання 1-й амінокислоти ко 2-й і 2-й до 3-й супроводжується сумарним отщеплением двох молекул води з утворенням зв'язків CO-NH, виділених у формулі жирним шрифтом. Цей зв'язок є ковалентним (сильної), називається пептидного, і її назва послужило основою для того, щоб всі речовини, влаштовані подібним чином, називати пептидами (білки теж є пептидами) незалежно від того, скільки амінокислот брало участь в їх утворенні.

Таким чином, від другої амінокислоти, яка характеризується радикалом R2, залишився лише фрагмент:

Блистающий мир белков и пептидов

Він називається амінокислотним залишком. Всі амінокислотні залишки, розташовані не так на кінцях великий пептидного ланцюга, характеризуються даної формулою, а кінцеві, очевидно, теж не зовсім амінокислоти, а залишки, хоча й дещо інші. З точки зору хіміка коректно говорити, що білки складаються не з амінокислот, а з амінокислотних залишків. Тому загальна хімічна формула будь-якого білка (пептиду), що складається з n амінокислотних залишків, має бути записана як:

Блистающий мир белков и пептидов

Наведена формула свідчить про те, що в найпростішої записи будь-який білок являє собою лінійну послідовність амінокислотних залишків, в якій є остов (як би скелет) з регулярно повторюваної послідовністю радикалів-NH-CH-CO- і виступаючі з цього остова бічні радикали. Такий запис характеризує первинну структуру білка.

Послідовність амінокислотних залишків прийнято розглядати в одному певному напрямку - від N-до С-кінця. У зв'язку з розшифровкою величезної кількості природних амінокислотних послідовностей, а також в цілях економії місця і ресурсів обчислювальної техніки нині прийнято користуватися однобуквені (латинської) записом амінокислотних залишків (однобуквений амінокислотний код). В табл. 1 наведені не тільки загальноприйняті позначення амінокислотних залишків, але також показано, які суттєві фізико-хімічні особливості їх відрізняють. Різноманіття цих властивостей лежить в основі здатності кожної індивідуальної амінокислотною послідовності приймати свою, унікальну просторову конфігурацію, і так само, як і амінокислоти, практично завжди бути амфотерним речовиною.

Розгляд білків і пептидів з позицій хімії буде неповним, якщо не відзначити те, що іноді після синтезу білка на рибосомі (трансляції) відбувається хімічна модифікація деяких амінокислотних залишків (Посттрансляційна модифікація). В результаті, наприклад, залишки проліну і лізину можуть перетворюватися в залишки оксипролина і оксилізину, до тірозільним залишку деколи приєднується сульфатна група і т.д. Цей процес призводить до того, що в організмі одночасно співіснують білки або пептиди з модифікованими і немодифікованими залишками. Так, пептид гастрин може бути Сульфатовані і несульфатованих по одному із залишків тирозину, і, що дуже важливо в прояві фізіологічних функцій, сульфатованих гастрин істотно більш активний.

Російська, English, Deutsch ...

Слово білок з'явилося в російській мові задовго до того, як була з'ясована хімічна природа цієї речовини. Цей термін являє собою похідне від прикметника «білий» і служить характеристикою відмінностей двох різних за кольором основних компонентів курячого яйця (білка і жовтка). Синонімом білка є слово «протеїн» (англ. Protein), яке використовується у всій науковій (і не тільки науковою) літературі і походить від грецького слова prwto - прото (перший, головний, найважливіший), ніж з давніх часів підкреслювалася його виняткова роль. А латинське слово білок - albumen (або albuminis), альбумін використовується для цілої групи вже давно відомих білків.

Інше ключове слово - пептид - походить від грецького пепто (варити, перетравлювати) і відображає процес розщеплення довгих білкових молекул, в результаті чого утворюються короткі фрагменти. Однак, як вже було зазначено, з позицій хімії, пептидами є всі білки. Тому для поділу коротких і довгих пептидних ланцюгів в якості приставок використовуються два інших грецьких слова: Хligoj-олігос (немногий, малий) і приставка pol' - поли-(багато, багато чого). В результаті олигопептидами (або часто для стислості - пептидами) називають порівняно короткі амінокислотні послідовності, а полипептидами (білками) - довгі. Надалі ми часто користуватимемося термінами білок і пептид, враховуючи зазначене розходження.

Назви білків і пептидів дуже різноманітні. Спочатку вони давалися в той час, коли їх хімічна (первинна) структура була ще невідома. Цілим групам білків присвоювалися назви на підставі того, як вони розчиняються у воді, в розчинах нейтральних солей, лугах, кислотах і органічних розчинниках (наприклад, протаміни). Проте потім найбільше число назв конкретних речовин пептидної природи стало даватися за назвою органа, тканини або цілого тваринного, з якого вони були виділені, і за функціями, які вони здійснюють.

Блистающий мир белков и пептидов

Перший олигопептид був отриманий з м'ясного фаршу і тому названий карнозином (від лат. Carnis - м'ясо), назва одного з основних

Сторінки: 1 2 3 4 5