Белки. Нуклеиновые кислоты

Занятие 27

Белки. Нуклеиновые кислоты

Вопросы для повторения:

Строение Изомерия и номенклатура Получение Физические свойства Химические свойства Применение

Вопросы занятия:

Строение и классификация
Строение и классификация

Белки (полипептиды) –  природные полимеры, построенные из большого числа остатков б-аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями:

Из все известных аминокислот только около 20 входит в состав белков.

Белки явдяеются основой всего живого на Земле. Белки входят в состав мозга, внутренних органов, костей, кожи, волосяного покрова и т. д. Белки содержатся в крови, т. ч. гемоглобине, который обеспечивает перенов кислорода. В молоке содержиться множество белков – в том числе казеин.

Белки – очень длинные молекулы, которые состоят из звеньев аминокислот, сцепленных пептидными связями. Молекулярная масса белков колеблется от нескольких тысяч до нескольких десятков миллионов.

С точки зрения пищевой ценности белков, определяемой их аминокислотным составом и содержанием так называемых незаменимых аминокислот, белки подразделяются на полноценные и неполноценные. К полноценным белкам относятся преимущественно белки животного происхождения, кроме желатины, относящейся к неполноценным белкам. Неполноценные белки — преимущественно растительного происхождения. Однако некоторые растения (картофель, бобовые и др.) содержат полноценные белки. Из животных белков особенно большую ценность для организма представляют белки мяса, яиц, молока и др.

В состав многих белков помимо пептидных цепей входят и неаминокислотные фрагменты, по этому критерию белки делят на две большие группы —простые и сложные белки (протеиды). Простые белки содержат только аминокислотные цепи, сложные белки содержат также неаминокислотные фрагменты (Например, гемоглобин содержит железо).

По общему типу строения белки можно разбить на три группы:  1. Фибриллярные белки — нерастворимы в воде, образуют полимеры, их структура обычно высокорегулярна и поддерживается, в основном, взаимодействиями между разными цепями. Белки, имеющие вытянутую нитевидную структуру.  К фибриллярным белкам относят например, б-кератины (на их долю приходится почти весь сухой вес волос, белки шерсти, рогов, копыт, ногтей, чешуи, перьев), коллаген — белок сухожилий и хрящей, фиброин — белок шёлка). 2. Глобулярные белки — водорастворимы, общая форма молекулы более или менее сферическая. Среди глобулярных и фибриллярных белков выделяют подгруппы. К глобулярным белкам относятся ферменты, иммуноглобулины, некоторые гормоны белковой природы (например, инсулин. 3. Мембранные белки — имеют пересекающие клеточную мембрану домены, но части их выступают из мембраны в межклеточное окружение и цитоплазму клетки. Мембранные белки выполняют функцию рецепторов, то есть осуществляют передачу сигналов, а также обеспечивают трансмембранный транспорт различных веществ. Белки-транспортеры специфичны, каждый из них пропускает через мембрану только определённые молекулы или определённый тип сигнала.

Различают четыре структуры белков:

Первичная структура - определенная последовательность б-аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Сравнительно небольшое количество белков имеют вытянутые полипептидные цепи первичной структуры.
2. В подавляющем большинстве белков  полипептидные цепи в значительной своей части  свернуты в виде спирали.  Это вторичная структура – А) Одна из моделей вторичной структуры - б-спираль, в которой полипептидную связь можно представить в виде нити, обвивающей поверхность цилиндра. Устойчивость б-спирали обеспечивается водородными связями между группами N-H и С=О. Б) Другая модель - в-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) водородные связи.
Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков - S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий. Третичная структура в виде определенной пространстквенной конфигурации с выступами и впадинами, с обращенными наружу фнукциональными группами, обуславливает специфическую биологическую активность белковой молекулы.
4. Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Свойства белков Денатурация. Это разрушение вторичной, третичной и четвертичной структуры белка с сохранением первичной структуры.

При нагревании по действием сильных кислот и оснований, солей тяжелых металлов происходит необратимое осаждение (свертывание) белков, называемое денатурацией. Денатурацией казеина (молочного белка) получают творог.

2.  Гидролиз. Под действием ферментов, а также водныз расворов кислот или щелочей происходит разрушение первичной стурктуры белка  в результатет гидролиза пептидных связей. При гидроизе белки распадаются на более простые соединения:

Белки → Пептоны → Полипептиды → Дипептиды → б – Аминокислоты.

Гидролиз – основа пищеварения. В организм человека ежесуточно поступает с пищей 60-80 г белка. В желудке под ействием ферментов  и НCl белковые молекулы разрушаются до аминокислот, которые попадая в кровь, разносятся по всем клеткам организма, гдеучаствуют в стороительстве собственных белковых молекул.

Качественная реакция:

А) биуретовая  рекция – при действии на белки раствороа солей меди (II) в щелочной среде возникает фиолетовое окрашивание.

Б) ксантопротеиновая реакция – при действии на белки концентрированной азотной кислоты  образуется желтая окраска, при добавлении водного раствора аммиака желтая окраска переходит в оранжевую.

В) реакция определения S в белках – при горении белки издают характерный запах «жженного рога»; запах жженых волос определеяется наличием в белке серы.

Функции белка

·

Каталитическая функция - осуществляется с помощью специфических белков - катализаторов (ферментов). При их участии увеличивается скорость различных реакций обмена веществ и энергии в организме. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм),  и т. д.  Известно несколько тысяч ферментов. Среди них такие, как, например пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения.

Транспортная функция - связывание и доставка (транспорт) различных веществ от одного органа к другому. Так, белок эритроцитов крови гемоглобин соединяется в легких с кислородом, превращаясь в оксигемоглобин. Достигая с током крови органов и тканей, оксигемоглобин расщепляется и отдает кислород, необходимый для обеспечения окислительных процессов в тканях.

Защитная функция - связывание и обезвреживание веществ, поступающих в организм или появляющихся в результате жизнедеятельности бактерий и вирусов. Защитную функцию выполняют специфические белки (антитела - иммуноглобулины), образующиеся в организме (физическая, химическая и иммунная защита). Так, например, защитную функцию выполняет белок плазмы крови фибриноген, участвуя в свертывании крови и тем самым уменьшая кровопотери.

Сократительная функция (актин, миозин) – в результате взаимодействия белков происходит передвижение в пространстве, сокращение и расслабление сердца, движение других внутренних органов.

Структурная функция - белки составляют основу строения клетки. Некоторые из них (коллаген соединительной ткани, кератин волос, ногтей и кожи, эластин сосудистой стенки, кератин шерсти, фиброин шелка и др.) выполняют почти исключительно структурную функцию. В комплексе с липидами белки участвуют в построении мембран клеток и внутриклеточных образований.

Гормональная (регуляторная) функция - способность передавать сигналы между тканями, клетками или организмами. Выполняют белки-регуляторы обмена веществ. Они относятся к гормонам, которые образуются в железах внутренней секреции, некоторых органах и тканях организма.

Питательная функция - осуществляется резервными белками, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества. Например: казеин, яичный альбумин, белки яйца обеспечивают рост и развитие плода, а белки молока служат источником питания для новорожденного.

Разнообразные функции белков определяются б-аминокислотным составом и строением их высокоорганизованных макромолекул.

Нуклеиновые кислоты

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ – биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению.

Впервые они были описаны в 1869 году швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером. Из остатков клеток, содержащихся в гное, он выделил вещество, в состав которого входят азот и фосфор. Ученый назвал это вещество нуклеином (лат. nucleus– ядро), полагая, что оно содержится лишь в ядрах клеток. Позднее небелковая часть этого вещества была названа нуклеиновой кислотой.

В природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота):  Дезоксирибонуклеимновая кислотам (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков. Рибонуклеимновые кисломты (РНК) — одна из трех основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

и полимеры,  мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

Нуклеотиды – это органические вещества, молекулы которых состоят из остатка пентозы (рибозы или дезоксирибозы), к которому ковалентно присоединены остаток фосфорной кислоты и азотистое основание.

ДНК	РНК
остатки дезоксирибозы, аденин, гуанин, цитозин,  тимин и орто-фосфорная кислота	остатки рибозы, аденин, гуанин, цитозин, урацил и орто-фосфорная кислота
Мr достигает десятков миллионов	Мr достигает нескольких сотен до десятков тысяч
ДНК содержатся в основном в ядрах клеток	РНК содержатся в рибосомах и протоплазме клеток.

Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этапе индивидуального развития. Поскольку большинство свойств и признаков клеток обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых кислот - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя, таким образом, на их жизнеспособность.

Закрепление материала – работа по карточкам

Карточка 24 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 23 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 18 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 17 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 13 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 12 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 22 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 3 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 15 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 14 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 16 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 11 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 5 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 6 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 10 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 9 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 20 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 19 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 2 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 4 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 21 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 1 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 25 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 26 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 27 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.

Карточка 30 Составьте формулы: а) диэтиламина, б) 4-аминобутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства анилина, сравните их со свойствами ароматических углеводородов. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 28 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 29 Составьте формулы: а) дифениламина, б) 3-аминопентановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства этиламина, сравните их со свойствами аммиака. Объясните причины сходства  и  различия. Назовите продукты реакций.

Карточка 32 Составьте формулы: а) фениламина, б) 2-амино-2-метил-пропановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства метиламина, сравните его со свойствами аммиака. Объясните сходство и различие. Назовите продукты реакций.

Карточка 31 Составьте формулы: а) триметиламина, б) 2-амино-3-амино-бутановой кислоты Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства аминокислот. Какие неорганические соединения сходны по свойствам с аминокислотами.