Кольорові реакції на амінокислоти
11, 12(24) 1. Ксантопротеїнова реакція – взаємодія амінокислот, що містять бензольне кільце, з азотною кислотою у лужному середовищі, зумовлює утворення жовтого забарвлення. Це реакція на ФЕН, ТРИ, ТИР.
2. Реакція Мілона – при взаємодії розчину металічної ртуті в азотній кислоті з фенольними угруповуваннями (тирозин), спостерігається вишнево-червоне забарвлення.
3. Реакція Адамкевича – при взаємодії гліоксилевої кислоти у присутності сірчаної з’являється фіолетове забарвлення (реакція на триптофан).
4. Реакція з нінгідрином, при цьому утворюється сполука, що має синьо-фіолетове забарвлення, по інтенсивності забарвлення визначають вміст амінокислот. Використовується для хроматографічного визначення амінокислот.
Методи визначення амінокислот
11, 8 1. Хроматографія тонкошарова – фізико-хімічний метод розділення та аналізу суміші, при якому компоненти її розподіляються між двома фазами: рухомою та нерухомою. Рухома фаза – це суміш органічних розчинників; нерухома – вода, яка пов’язана з шаром сорбенту на хроматографічній пластинці.
Rf – коефіцієнт розподілу, є сталим для даної амінокислоти на даному сорбенті і залежить під способу роботи, якості та активності сорбенту, якості розчинників тощо.
2. Іоннообмінна хроматографія – полягає у використанні іоннообмінних смол, що є полімерними органічними сполуками, які містять функціональні групи, здатні вступати у іонний обмін.
3. 1(26) Електрофорез – розроблений лауреатом Нобелівської премії А. Тізеліусом. Базується на різниці у швидкості руху речовин в електричному полі, яка визначається величиною заряду речовини при певному значенні рН.
Будова білків
5(35), 2(174), 1(42) Амінокислоти вступають в реакцію одна з одною з утворенням полімерних сполук (білків). Білки мають складну будову і дуже різноманітні, що залежить від кількості амінокислот, порядку їх розташування та форми молекул. Розрізняють чотири рівня структурної організації білкової молекули: первинну, вторинну, третинну та четвертинну.
Первинна структура – це послідовність розташування залишків амінокислот у поліпептидному ланцюгу. Залишки амінокислот зв’язані ковалентними пептидними зв’язками – СО – NH –. Гіпотезу про існування пептидних зв’язків висловив О.Данилевський у 1888 році; в 1902 р. Е.Фішер сформулював поліпептидну теорію будови білків і підтвердив її експериментально. З’єднання декількох амінокислот називається пептидом, білки це поліпептиди.
10(76) Першим білком, у поліпептидному ланцюгу якого детально вивчили якісний і кількісний склад та послідовність розміщення залишків амінокислот, був гормон інсулін, який регулює вуглеводний обмін. За ці дослідження англійському біохіміку Ф.Сенгеру в 1958 р. було присуджено Нобелівську премію.
10(69, 85),1(51) Вторинна структура – це просторова конфігурація поліпептидного ланцюга, тобто спосіб укладання в просторі. Розрізняють два види просторової конфігурації ланцюгів: -спіраль та -складчаста структура.
В основі утворення вторинної структури лежить водневий зв’язок, що утворюється між атомами водню (позитивний заряд) та атомами кисню, азоту (негативний). 1(53), 10(70) Водневі зв’язки у білковій молекулі виникають між СО та NН групами; двома гідроксильними групами; між гідроксильною групою та пептидним зв’язком. Водневий зв’язок є досить слабким. Він легко утворюється і легко руйнується при звичайних умовах.
Модель просторової конфігурації поліпептидного ланцюга у вигляді -спіралі вперше запропонували Л.Полінг і Р.Корі у 1951 р. За це відкриття Л.Полінг отримав Нобелівську премію у 1954 р.
10(87), 6(7) У білках, як правило, правозакручена спіраль. Один виток спіралі містить 3,6 залишки амінокислот, відстань між витками 0,54 нм. Водневий зв’язок розміщений паралельно осі спіралі.
4(7) Наявність проліну перешкоджає утворенню спіралі, оскільки утворюється не -СО-NН- зв’язок, а -СО-N- (не має водню для утворення водневого зв’язку). Це деспіралізуючий фактор.
10(86) Ланцюги у молекулі білка спіралізовані не повністю. Так, білок гемоглобіну має ступінь спіралізації – 75 %; альбуміну курячого яйця – 45 %.
5(37) В -складчастій структурі два або більше поліпептидних ланцюги зв’язані між собою водневими зв’язками, утворюючи структуру складчастого шару. Всередині кожної нитки такі зв’язки відсутні.
3(26) Така структура характерна для білків шкіри, волосся, сухожилля, нігтів, шовку.
Н О
Н О
Н О
Н О
Н О
1(64), 5(37), 6(8) Спосіб укладання поліпептидного ланцюга в певному об’ємі називається третинною структурою.
10(118) Білки за формою, яку зумовлює третинна структура поділяють на глобулярні(мають кулеподібну форму) тафібрилярні(ниткоподібні). До глобулярних належить більшість білків рослинних і тваринних клітин, білки лімфи, плазми, сироватки крові; до фібрилярних – білки волосся, м’язів, покривних тканин.
В утворенні третинної структури беруть участь ковалентні зв’язки:
дисульфідні
... – СН2 – SН + SН – СН2 ... = ... – СН2 – S – S – СН2 ...;
ефірні – СО – О – (виникають, наприклад, між аспарагіном та тирозином);
та нековалентні зв’язки:
– 10(71, 92), 1(56) гідрофобні – утворюються внаслідок міжмолекулярної взаємодії (сил Ван-дер-Ваальса) між гідрофобними радикалами (СН3, С2Н5, бензольні кільця). Гідрофобні атомні групи амінокислот валіну, лейцину, ізолейцину, фенілаланіну намагаючись уникнути контакту з полярними групами води, орієнтуються всередину молекули, тоді як гідрофільні радикали знаходяться на поверхні молекули. При цьому виникає термодинамічно найвигідніша конформація молекули, яка є досить стабільною;
іонні – виникає електростатична взаємодія між іонізованими карбоксильними та амінними групами залишків амінокислот (СОО- та NН3+ групами);
водневі.
10(92), 3(27) Біологічна активність білків визначається їх третинною структурою. Тільки після утворення третинної структури білок проявляє свою специфічну активність.
1(54), 10(94) Першим білком, для якого у 1960 р. вченим Кендрю була досліджена третинна структура, був міоглобін кашалоту.
1(57) Декілька поліпептидних ланцюгів можуть розташовуватись в просторі у вигляді комплексу, що називається четвертинною структурою. 12(45), 1(57), 10(98) Четвертинна структура білків стабілізується за рахунок сил слабкої взаємодії – водневих, іонних, гідрофобних зв’язків. Таку структуру мають гемоглобін, пепсин тощо. Так, молекула гемоглобіну складається з чотирьох поліпептидних ланцюгів, причому одна пара має первинну структуру, що відрізняється від іншої пари. Кожен ланцюг пов’язаний з атомом заліза, який заключний у центрі групи атомів, що утворюють пігмент гем. Останній надає крові червоний колір та визначає здатність гемоглобіну зв’язувати кисень.
13(24) Молекула гемоглобіну має 574 залишки амінокислот. Якщо глютамінова кислота заміниться на валін, виникає хвороба серповидна анемія. При цьому знижується розчинність гемоглобіну, він випадає в осад, а еритроцити набувають серповидної форми замість овальної. Якщо кількість змінених червоних кров’яних тілець досягає половини, хвороба може привести до трагічних наслідків.