Химическая структура и физико-химические свойства аминокислот (стереохимия, амфотерность, реакционная способность). Классификация аминокислот.

Аминокисло́ ты (аминокарбо́ новые кисло́ ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминогруппы.

Аминокисоты- универсальные природные соединения, аминопроизводные соответствующих карбоновых кислот. Природных известно более 300, но только 20 из них генетически кодируемые и составляют основу пептидов и белков.

Физико-химические свойства:

1. Хорошо растворимы в воде за некоторым исключением. С увеличением углеродной R-группы растворимость в воде снижается, в спирте увеличивается.

2. Стериохимия аминокислот.

Природные аминокислоты являютcя 2-аминокарбоновыми кислотами (или α -аминокислотами, в отличие от β -аминокислот, такиx, как β -аланин и тaypин). У α -aминoкиcлoт при атоме C-2 (Cα ) имеются четыре различных зaмecтитeля: каpбокcильнaя группа, аминогруппа, вoдopoдный атом и бокoвaя цепь R. Таким образом, вcе α -аминокислоты, кpoмe глицина, имеют асимметрический (хиральный) α -углеродный атом и cущeствуют в виде двух энантиомеров (L- и D-aминoкиcлoт). Пpотeиногенныe аминoкиcлoты oтноcятcя к L-ряду. D-Аминoкиcлоты вcтpeчaютcя в бaктepиях, например в сocтaвe муреинов, и в пептидных антибиотиках. На плоскости хиральные центры принято изoбpaжaть о помощью прoeкциoнныx формул, прeдлoжeнных Фишеpoм.

3. Амфоте́ рность (от др.-греч. — «двойственный», «обоюдный») — способность некоторых химических веществ и соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и осно́ вные свойства.

Величина рН, при которой суммарный заряд аминокислоты равен 0, называется изоэлектрической точкой. Для моноаминомонокарбоновых аминокислот она лежит в интервале 5, 5-6, 3, диаминомоно-карбоновых – больше 7, для дикарбоновых меньше 7. ИЭТ зависит от строения R-группы.

4. Реакционная способность:

Все α -аминокислоты могут вступать в реакции

- декарбоксилирования (образование аминов)

- дезаминирование (бразование карб. кислот)

- переаминирование

- аминирование,.гликозилирование, фосфорелирование

-образование пептидной связи

Классификация аминокислот:

1. По способности радикалов к взаимодействию с Н 2О:

- неполярные (гидрофобные) — плохо растворимые;

- полярные (гидрофильные) незаряженные — хорошо растворимые;

- отрицательно заряженные;

- положительно заряженные.

2. По биологическому и физиологическому значению:

- незаменимые — не могут синтезироваться организмом из других соединений и целиком поступают с пищей (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан);

- полузаменимые — образуются в недостаточном количестве в организме, поэтому частично поступают с пищей (аргинин, тирозин, гистидин);

- заменимые — синтезируются в организме (все остальные).

3. По функциональной принадлежности:

- алифатические монокарбоновые кислоты: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин;

- алифатические оксиаминокислоты: серин, треонин;

- серосодержащие: цистеин, метионин;

- диаминомонокарбоновые: лизин, аргинин;

- моноаминодикарбоновые: глутаминовая кислота, глутамин;

- ароматические: фенилаланин, тирозин;

- гетероциклические: гистидин, триптофан;

- аминокислота: пролин.

4. По участию аминокислот в биосинтезе белка – протеиногенные и не протеиногенные

5.По оптической активности в плоскости поляризованного света: право, лево

6.По абсолютной конфигурации молекулы на L- и D- стериоизмеры.

7.В зависимости от положения аминогруппы по отношению к С2 (α -углеродный атом) на α - и β -аминокислоты.

 

 

32. Белки: уровни организации белковой молекулы, характеристика связей, стабилизирующих структуру белков. Денатурация белков. Ренатурация. Фолдинг белка. Шапероны.

Структурная организация белков

Полипептиды, состоящие более, чем из 50 аминокислотных остатков, относятся к белкам, или протеинам. Белки – это макромолекулы с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов Da.

В структуре белковой молекулы выделяют 4 уровня его организации: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка.

Размер белка может измеряться в числе аминокислотных остатков или в дальтонах(молекулярная масса), но из-за относительно большой величины молекулы масса белка выражается в производных единицах — килодальтонах (кДа).

Физ-хим св-ва

1. амфотерность.

Белки обладают свойством амфотерности, то есть в зависимости от условий проявляют как кислотные, так и осно́ вные свойства. В белках присутствуют несколько типов химических группировок, способных к ионизации в водном растворе: карбоксильные остатки боковых цепей кислых аминокислот (аспарагиновая и глутаминоваякислоты) и азотсодержащие группы боковых цепей основных аминокислот (в первую очередь, ε -аминогруппа лизина и амидиновый остаток CNH(NH₂) аргинина, в несколько меньшей степени — имидазольный остаток гистидина). Каждый белок характеризуется изоэлектрической точкой (pI) — кислотностью среды (pH), при которой суммарный электрический заряд молекул данного белка равен нулю и, соответственно, они не перемещаются в электрическом поле (например, при электрофорезе). В изоэлектрической точке гидратация и растворимость белка минимальны.

2. растворимость

3. денатурация

Уровни организации

Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями.

· α -спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3, 6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0, 54 нм^[25] (на одинаминокислотный остаток приходится 0, 15 нм), спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Хотя α -спираль может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина. Расположенные близко друг к другу остатки аспарагина, серина, треонина и лейцина могут стерически мешать образованию спирали, остатки пролина вызывают изгиб цепи и тоже нарушают α -спирали;

· β -листы (складчатые слои) — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга (0, 34 нм на аминокислотный остаток^[26]) в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α -спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β -листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин;

Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. В стабилизации третичной структуры принимают участие:

· ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);

· ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;

· водородные связи;

· гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула сворачивается так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.

Приобретение пространственной структуры (сворачивание) белка – называется фолдинг. Фолдинг – это ферментативный процесс, протекающий сразу же после синтеза полипептида на рибосомах. В фолдинге принимают участие ферменты:

· аминопептидаза – катализирует отщепление N-концевой аминокислоты Мет;

· сигнальная пептидаза – катализирует отщепление сигнального пептида на N-конце;

· пептидил-пролил-цис/транс-изомераза – катализирует поворот цепи в точке включения Про на 180^о;

· протеиндисульфид-изомераза – катализирует изомеризацию дисульфидных связей.

Помимо ферментов в фолдинге участвуют некаталитические белки, относящиеся к hsp-белкам (белкам теплового шока) – шапероны и шаперонины. Шапероны – это небольшие молекулы, состоящие из 1-2 полипептидных цепей, а шаперонины – крупные олигомерные структуры. Они помогают правильной сборке полипептидных структур; ингибируют образование неправильных связей при сворачивании цепи; препятствуют агрегации еще не сформировавшихся белков; переносят сформированные белки в различные компартменты клеток. Однако, шапероны и шаперонины не входят в состав образующихся белков и не участвуют в их функционировании.

Четвертичная структура белка – это ассоциированные между собой 2 и более субъединиц (протомеров) – полипептидных цепей, имеющих третичную структуру. Белки, имеющие четвертичную структуру – это олигомерные белки. Они делятся на:

· гомомерные – состоящие из одинаковых субъединиц (например, лактатдегидрогеназа 1 и 5 – 4 субъединицы, каталаза – 4 субъединицы);

· гетеромерные – состоящие из различных субъединиц (например, РНК-полимеразы – 5 различных субъединиц, протеинкиназа – 2 разные субъединицы, лактатдегидрогеназа 2, 3 и 4 – 2 разные субъединицы).

Образование субъединичных белков происходит при помощи водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий. Например, гемоглобин состоит из 4-х субъединиц двух видов полипептидных цепей: двух α - и двух β -цепей. Необходимо отличать крупные гетеромерные белки, состоящие из субъединиц, обладающих различными активностями (например, аденилатциклаза: рецепторная субъединица, сопрягающая субъединица, каталитическая субъединица) и мультиферментные комплексы

(например, пируватдегидрогеназный комплекс, комплекс синтетазы жирных кислот), образованные несколькими отдельными белками, обладающими различными функциями и способными функционировать отдельно друг от друга.

 

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: