Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Химические свойства пептидов и белков

Реакционные центры пептидов и белков

Вследствие сопряжения атомов углерода, азота и кислорода в пептидной связи в молекулах пептидов и белков имеется только слабый электрофильный центр на атоме углерода. «-Основными центрами являются аминогруппы N-копца и боковых радикалов, а также пиридиновые атомы азота радикалов аминокислот. ОН-кислотныс центры принадлежат карбоксильным группам С-концсвых аминокислот либо карбоксильным группам радикалов аминокислот

Кислотно-основные свойства

Наличие кислотных и основных центров в составе аминокислотных остатков пептидов определяет существование в водных растворах пептидов в зависимости от pH среды биполярных ионов, анионов и катионов.

При определенном значении pH кислотная ионизация молекулы равна ее ионизации по основному типу. Суммарный заряд молекулы приближается к нулю, поэтому в электрическом поле молекула пептида не будет передвигаться ни к аноду, ни к катоду. Такое состояние пептида в растворе называется изоэлек- трическим. В изоэлектричсской точке (см. 14.6.1) растворы пептидов и белков наименее устойчивы и легко осаждаются.

В зависимости от аминокислотного состава пептиды и белки имеют кислый, основный и нейтральный характер.

Кислые пептиды и белки содержат главным образом остатки кислых аминокислот, имеющих в радикале кислотные центры — карбоксильные группы. В растворах таких пептидов pH < 7, их изоэлсктрическая точка находится в кислой среде. Например,

Примеры кислых белков: яичный альбумин, пепсин, казеин (белок молока).

Основные пептиды и белки характеризуются преобладанием в структуре остатков основных аминокислот, имеющих в боковом радикале дополнительные основные центры (аминогруппы или пиридиновые атомы азота). В водных растворах такие пептиды существуют в виде катионов, в их растворах pH > 7; изо- электрическая точка находится в основной среде. Например,

К основным белкам относятся протеолитический фермент папаин, клупеин (белок, выделенный из молок сельди), гистоны и протамины (ядерные белки).

Нейтральные пептиды и белки содержат примерно одинаковое количество групп кислотного и основного характера. Реакция среды в их растворах близка к нейтральной, изоэлектрическая точка находится в среде, близкой к нейтральной. Например,

К нейтральным белкам относится белок крови — гемоглобин.

Ионные формы пептидов в растворе. Преобладающая ионная форма пептидов в растворе зависит от pH раствора и природы аминокислотных остатков в составе пептида. Рассмотрим для примера природный трипептид глутатион, который состоит из трех аминокислот: глутаминовой кислоты (относится к группе отрицательно заряженных аминокислот); цистеина и глицина из группы гидрофильных аминокислот.

В сильнокислом растворе (pH 0) глутатион находится в виде однозарядного катиона за счет ионизации по основному типу N-концевой аминогруппы. Значение рКа карбоксильной группы катионной формы глутаминовой кислоты составляет 2,2, рКа С-концевой карбоксильной группы глицина — 2,3. При повышении pH до 2,2 в соответствии с формулой (14.1) (уравнение Гендерсона —Гассельбаха) половина катионной формы с зарядом +1 превращается в биполярные ионы за счет отщепления протона от а-карбоксильной группы глутаминовой кислоты. При pH 2,3 половина биполярных ионов превращается в однозарядный анион за счет ионизации по кислотному типу С-концевой карбоксильной группы глицина. При повышении pH до 8,3 (трКа SH-группы цистеина) преобладающей формой в растворе является однозарядный анион. При pH 8,3 половина однозарядных анионов превращается в двузарядные анионы за счет отщепления протона от SH-группы цистеина. Данная ионная форма преобладает в растворе до значения pH 9,7 (рКа а-аммонийной группы глутаминовой кислоты), при pH 9,7 половина двузарядных анионов превращается в трехзарядные анионы за счет отщепления протона от а-аммонийной группы глутаминовой кислоты. При дальнейшем повышении pH преобладающей формой в растворе является трехзарядный анион:

Таким образом, в крови (в норме при pH 7,3-7,5) глутатион присутствует преимущественно в виде монозарядного аниона.

Гидролиз пептидов и белков

Пептидная связь имеет амидную природу и способна гидролизоваться как в кислой, так и в щелочной среде по механизму SN:

В организме гидролиз пептидов и белков осуществляется под воздействием ферментов — пептидаз (протсиназ), специфически действующих на разные участки полипептидной цепи.

Пептидазы, которые избирательно гидролизуют пептидные связи внутри белковой молекулы, — это эндопептидазы, на конце цепи — экзопептидазы. Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные лизином (или аргинином) с другими аминокислотами, пепсин — между двумя аминокислотами с неполярными (гидрофобными) радикалами, преимущественно между фенилаланином и лизином.

Вне организма полный гидролиз пептидов и белков проводят в запаянной ампуле (в вакууме или в атмосфере азота) при нагревании до 110 °С в присутствии ~20 % НС1 в течение 24 ч. В этих условиях некоторые аминокислоты, например триптофан, полностью разрушаются. Щелочной гидролиз белков практически не используется при анализе их аминокислотного состава из-за неустойчивости многих аминокислот в щелочной среде.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>