Вступление, белки и всё такое.

1.Биологическая химия — наука о химических основах жизнедеятельности, т.е. о химической структуре и превращениях молекул, составляющих живое. «Минимальная клетка» т.е. клетка, содержащая набор структур, обязательных для обмена веществ, энергии и для самовоспроизведения. К таким структурам относятся следующие образования (субклеточные — с позиций морфологии и над молекулярные — с позиций химии):

мембрана, отграничивающая клетку от окружения и разделяющая ее внутреннее пространство на функционально различающиеся отсеки;

мигохондрии — образования, высвобождающие и запасающие энергию химических связей;

ядро, где локализованы молекулы-носители генетической информации;

рибосомы, где генетическая информация реализуется путем синтеза биологически активных молекул в согласии с «инструкцией», доставляемой сюда из ядра;

лизосомы, переваривающие сложные питательные вещества и посторонние частицы;

аппарат Гольджи, участвующий в биогенезе мембран и яизосом, в синтезе гликолипидов и фосфолипидов,

Благодаря разработке методов выделения субклеточных структур стало возможным изучение их химического состава. Оказалось, что все многообразие молекул, обнаруживаемых в этих частицах из разных по происхождению Клеток, можно свести к небольшому числу классов' 1) макромолекулы (белки, углеводы, липиды), 2) низкомолекулярные биологически активные органические соединения;?) минеральные вещества.

Все это позволяет конкретизировать задачи биохимии, необходимость изучать'

1) строение и функции молекул живого;

2) структуру и функции над молекулярных образований;

3) механизмы поступления во внутреннюю среду пластических и биологически активных материалов;

4) механизмы высвобождения, накопления и использования энергии;

5) механизмы воспроизведения.

Исходя из наших прагматических позиций, определяемых темой книги, знание основ биохимии необходимо медику для того, чтобы освоить прикладной раздел —клиническую биохимию. Предмет клинической биохимии — изучение нарушений химических процессов жизнедеятельности и методов выявления этих нарушений для их устранения или исправлении.

2.Живой организм — макромолекулярная система, осуществляющая обмен веществ, энергии и самовоспроизведение. Минимальная структурная единица этой системы — клетка, в которой имеется шесть обязательных надмолекулярных образований или "рганелл (мембрана, ядро, мигохондрии. риГкюомы, аппара! Гольджи, личосомы), содержащих в своем составе три класса молекул (макромолекулы, низкомолекулярные биологически активные вещества, минеральные вещества). Биохимия — наука о химических основах жизнедеятельности — устанавливает структуру молекул и на дм о л окулярных образований живого, ИХ функции, механизмы обмени вещесгв и .энергии, механизмы воспроизведения. Клиническая биохимия как прикладной р^дел биохимии, необходимый врачу, изучает нарушения химических процессов жизнедеятельности и методы их выявления с тем, чтобы определить пути исправления или устранения эгих нарушений Изучение отклонений  л базируется на представлениях о есчесиюнном течении процессов.       "

Согласно приведенному выше определению живому организму свойственны следующие функции'

1. Извлечение из внешней среды и превращение в приемлемые для организма формы химических соединений — материала для возобновления структур.

2. Химическое преобразование оказавшихся во внутренней среде соединений (расщепление и синтез, трансформация) и выведение во внешнюю среду продуктов, которые более не используются (конечные продукты).

3. Высвобождение .энергии, заключенной в поступающих извне соединениях, ее -запасание в приемлемой для организма форме и использование в процессах жизнедеятельности.

Реализуются эти функции в общем виде следующим образом. 1. Исючниками материален для Возобновления с'|рукгур и энергообеспечения служат пищевые продукты, в составе которых организм получает углеводы, липиды, белки, некоторые биологически активные соединения (например, витамины) и минеральные вещества Белки, углеводы и липиды в усваиваемые формы преобразуются в пищевартельном тракте при участии активных компонентов, которые выделяются ссо'1 не; с"; кующими железами желудка, кишечника, поджелудочной железы и поступают с желчью. Преобразование макромолекул заключается в их деполимеризации, т.е. в разрушении полимеров до мономеров (белков — до аминокислот, углеводов — до простых Сахаров, липидов — до свободных жирных кислот и глицерола). Низкомолекулярные

биологически активные и минеральные вещества всасываются во внутреннюю среду преимущественно без какой-либо предварительной химической трансформации. 2. Химические соединения с током крови поступают в органы (ткани), где включаются в процессы синтеза (образование специфических для тканей организма человека белков, углеводов, липидов и регуляторных соединений), процессы окислительно-восстановительного распада, в ходе которого высвобождается энергия химических связей. Промежуточные продукты используются в синтезе биологически активных веществ или выполняют регуляторные функции.

3. Высвобождение энергии в ходе окислительно-восстановительного распада сопряжено с ее запасанием в форме универсальных носителей. Они используются как источники энергии для выполнения всех видов работы, свойственных живому.

Все перечисленные процессы протекают в организме повсеместно, однако можно отметить и локализацию их в отдельных органах и тканях. Графическое изображение процессов — объекта биологической химии — представлено на рис.1.

В задачу последующих разделов книги входит описание структуры биомолекул, детализация превращений, которым они подвергаются в процессе переваривания, описание механизмов всасывания и транспортировки мономе-ров кровью и лимфой, расшифровка последовательности реакций, обеспечивающих синтез специфических соединений, окислительный распад белков, липидов и углеводов. Таким образом, схема получает конкретное содержание в объеме, достаточном для понимания проблем клинической биохимии.

Обращаем внимание на то, что в схеме не показана энергетическая сторона обмена —- высвобождение, запасание и использование энергии. Поэтому укажем: на второй и третьей стадиях окислительно-восстановительного распада (образование ацетил-КоА и затем углекислоты) высвобождается (в реакциях окисления) энергия химических связей. Она затрачивается в последующем на

синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганического фосфата. АТФ используется как источник энергии, запасенной в ее пирофосфорной связи, для всех видов работ, производимых организмом (рис. 2). Высвобождение энергии происходит в реакции:

+ НОН ^

АТФ ———————————АДФ + Н3Ро4 + Энергия

3.Молекула белка — неразветвляющийся (линейный) полимер, минимальная структурная единица которого (мономер) представлена аминокислотой. Аминокислоты в молекуле белка соединены карбамидной (пептидной) связью.

Белок может включать несколько полипептидных цепей, соединение которых между собой происходит за счет непептидных связей. В этом случае молекула имеет характер сополимера. Следовательно, белковая молекула — линейный полимер или сополимер, образованный из аминокислот, соединенных пептидной связью.

Итак, полипептидная цепь включает в себя соединенные пептидной связью аминокислоты У одной из аминокислот, занимающей крайнее положение в цепи, остается свободной аминогруппа (1^-концевая аминокислота и соответственно г^-концевой полюс полипептида), у другой, находящейся на противоположном конце, — свободный карбоксил (С-концевая аминокислота и соответственно С-полюс полипептида)Аминокислотным остаткам в составе полипептида (белка), не имеющим свободного карбоксила, придано окончание «ил», те представленная пептид-ная цепочка именуется фенилаланил-аланил-аспарагинил-глутаминил-гис-, располагать слева М-концевую, справа С-концевую аминокислоту

Первичная структура — понятие, обозначающее последовательность аминокислотных остатков в белке Пептидная связь — основной вид связи, определяющий первичную структуру Возможно и присутствие дисульфидных связей между двумя остатками цистеина в одной полипептидной цепи с образованием цистинаТакая же связь (дисульфидный мостик) может возникать и между остатками цистеина, принадлежащими разным полипептидным цепям в белковой молекуле, сополимерном образованииИзучение первичной структуры требует следующих операций' 1) разделение сополимеров-полипептидов путем разрыва дисуль-фидных связей; 2) разделение цепей и гидролиз до свободных аминокислот; 3) определение аминокислотного состава; 4) определение последовательности аминокислот.Разнообразие существующих белков и их уникальность обусловлены большим числом видов, входящих в состав молекулы аминокислот, и большим числом вариантов их последовательности. Так, если молекула содержит только 10 видов аминокислот и каждый из них повторяется по 2 раза (всего 20 остатков), то число возможных вариантов белков равно 1020. располагать слева М-концевую, справа С-концевую аминокислоту

Первичная структура — понятие, обозначающее последовательность аминокислотных остатков в белке Пептидная связь — основной вид связи, определяющий первичную структуру Возможно и присутствие дисульфидных связей между двумя остатками цистеина в одной полипептидной цепи с образованием цистинаТакая же связь (дисульфидный мостик) может возникать и между остатками

цистеина, принадлежащими разным полипептидным цепям в белковой молекуле, сополимерном образованииИзучение первичной структуры требует следующих операций' 1) разделение сополимеров-полипептидов путем разрыва дисуль-фидных связей; 2) разделение цепей и гидролиз до свободных аминокислот; 3) определение аминокислотного состава; 4) определение последовательности аминокислот.Разнообразие существующих белков и их уникальность обусловлены большим числом видов, входящих в состав молекулы аминокислот, и большим числом вариантов их последовательности. Так, если молекула содержит только 10 видов аминокислот и каждый из них повторяется по 2 раза (всего 20 остатков), то число возможных вариантов белков равно 1020.

Вторичная структура характеризует форму белковой цепи в пространстве. Эта форма изменяется в зависимости от набора аминокислот и их последовательности в полипеп-тидной цепи.Различают два основных варианта вторичной структуры' ос-спираль и ?- конфигурациюФорму ос-спирали имеют многие белки. Представить ее можно как правильную спираль, образованную на поверхности цилиндра. Шаг спирали, т.е. расстояние между витками, — 5,4 А виток образуется 3,6 аминокислотных остатка, т.е. 36 аминокислотных остатков образуют 10 витков спирали.Устойчивость спиралевидной конфигурации определяется многочисленными водородными связями между СО- и ЫН-группами пептидных связей (рис.3).(3- Кон фигу рация свойств енна небольшому числу белков, в молекуле которых есть более одной полипептидной цепи. По форме эту структуру можно сравнивать с мехами гармошки (складчатая структура). В отличие от а-цепей здесь водородные связи обра

зуются между СО- и МН-группами пептидных связей двух полипептидных цепей, расположенных параллельно, но таким образом, что М-концевому полюсу одной цепи соответствует С-концевой полюс другой (рис.4).

Наряду с водородными обе формы вторичной структуры обладают и другими связями'

электростатическими, которые возникают между двумя противоположно заряженными полярными группами, например между отрицательно заряженными боковыми цепями аспарагиновой или глутаминовой кислот и положительно заряженными протонированными основаниями (боковые цепи аргинина, лизина, гистидина). Эти связи прочнее водородных;

гидрофобными, они возникают между неполярными нерастворимыми в воде группами (СНд- СНд-группы валина, лейцина, изолейцина, ароматическое кольцо фенилаланина). Эти радикалы сближаются в связи с их выталкиванием из воды.

Электростатические и водородные взаимодействия участвуют в стабилизации вторичной структуры, однако в меньшей степени, чем водородные.

Третичная структура представляет собой более высокий порядок организации белковой молекулы в пространстве. Возникает благодаря изгибам полипептидной цепи (цепей) в участках, содержащих остатки пролина, дикарбоновых и диаминовых кислот. Представить эту конфигурацию можно как спираль,

образованную на цилиндре, ось которого периодически меняет направление, что приводит к образованию клубка.

Характер третичной организации устанавливают с помощью рентгенос-труктурного анализа. Наиболее полно изучена третичная структура гемоглобина (рис.5).

В этой структуре гидрофильные (полярные) группы располагаются на поверхности молекул, гидрофобные — сближены между собой в ее внутренних областях. Они выполняют важную роль в поддержании третичной структуры, это важнейший вид взаимодействий. Наряду с гидрофобными в сохранении третичной структуры участвуют водородные и электростатические взаимодействия.

Белки по форме клубка делят на две группы: близкие к шару (глобуле) — глобулярные, близкие к вытянутому эллипсу — фибриллярные (нитевидные).

Четвертичная структура. Многие белки образуются путем объединения одинаковых или неодинаковых молекул (субъединиц) в более сложное образование — молекулу с четвертичным уровнем организации (четвертичной структурой). Субъединицы соединяются слабыми связями, которые легко диссоциируют под действием кислых и солевых растворов, мочевины, детер-

гентов с высвобождением субъединиц. Классический пример молекулы с четвертичной структурой — фермент лактатдегидрогеназа, который содержит четыре субъединицы (одинаковые или двух типов).

Интересен белок оболочки вируса табачной мозаики — он состоит из 2130 субъединиц (рис.6).Форма молекул характеризуется соотношением осей белковой молекулы, которая пространственно представляет собой эллипсоид вращения. Для большей части глобулярных белков это соотношение составляет от 2 до 30, для фибриллярных — больше 30.

4. Функции белков

Каталитическая или ферментативная. Все химические превращения в живом организме протекают при участии катализаторов. Биологические катализаторы (ферменты) по химической природе белки, следовательно, катализируют в организме химические превращения, из которых складывается обмен веществ.

Транспортная функция. Белки транспортируют или переносят биологически значимые соединения в организме. В одних случаях транспортируемое соединение сорбируется белковой молекулой. Это защищает от разрушения и обеспечивает перенос с током крови (например, транспорт альбумином некоторых гормонов, витаминов, лекарственных соединений). Этот вид транспорта называют пассивным. В других случаях пассивный транспорт сочетается с депонированием (запасанием) тех или иных соединений (например, трансфер-рин плазмы крови не только переносит железо, но и запасает (накапливает) его при избытке). С помощью мембранных белков переносятся соединения из зон с низкой концентрацией в зону с высокой. Это сопряжено с заметным потреблением энергии и называется активным транспортом (например, транспорт ионов натрия из цитоплазмы и калия в цитоплазму).

Механохимическая функция — способность некоторых белков изменять конформацию, уменьшать длинник молекулы, т.е. укорачивать или сокращать молекулы. Такие белки называют сократительными (некоторые мышечные белки). Название вытекает из того, что сократительные белки выполняют механическую работу за счет энергии химических связей.

Структурная (пластическая) функция выполняется белками — элементами клеточных мембран (эти белки могут обнаруживать каталитическую или транспортную активность), но главным образом фибриллярными белками. Последние в составе соединительных тканей обеспечивают их прочность и эластичность' кератин шерсти и волос, коллагены сухожилий, кожи, хрящей, стенок сосудов и связывающих тканей.

Гормональная функция (функция управления) реализуется гормонами пептидной или белковой природы. Они, влияя на продукцию или активность белков-ферментов, изменяют скорость катализируемых ими химических реакций, т.е. в конечном счете управляют обменными процессами.

Защитная функция белков реализуется антителами, интерферонами и фибриногеном.

Антитела — соединения белковой природы, синтез которых индуцируется в процессе иммунного ответа — реакции организма на проникновение во внутреннюю среду посторонних белков или других антигенных компонентов (например, высокомолекулярных углеводов). Антитела, соединяясь с антигеном, образуют нерастворимый комплекс, делая антиген безопасным для организма.

Интерфероны — гликопротеины, синтезирующиеся клеткой после проникновения в нее вируса. В отличие от антител интерфероны взаимодействуют не с антигеном, а вызывают образование внутриклеточных ферментов Они блокируют синтез вирусных белков, препятствуя копированию вирусной информации. Это приостанавливает размножение вируса.

Фибриноген — растворимый белок плазмы, который на последней стадии процесса свертывания крови трансформируется в фибрин — нерастворимый белок. Фибрин образует каркас тромба, ограничивающего кровопотерю

Плазмин — белок плазмы крови, катализирующий расщепление

фибрина. Это обеспечивает восстановление проходимости сосуда, закупоренного фибри-новым сгустком.

Энергетическая функция белков обеспечивается за счет части аминокислот, высвобождающихся при расщеплении белка в тканях В процессе окислительно-восстановительного распада аминокислоты высвобождают энергию и синтезируют энергоноситель — АТФ. На долю белка приходится около 18% энергопотребления у человека.

Молекула белка — линейный полимер, или сополимер, структурная единица которого — соединенные пептидными связями аминокислоты — характеризуется сложной пространственной организацией, включающей три или четыре уровня Набор аминокислот и их последовательность лежат в основе многообразия и уникальности белковых молекул, в основе их физико-химических свойств. Они же определяют и множественность функций, свойственных белкам в живом организме.

6. Классификация белков

Систематизировать белки по структурно-функциональным параметрам невозможно, так как первичные структуры известны лишь для части из них.

По составу белки можно разделить на простые и сложные, первые содержат в молекуле только аминокислоты, вторые — еще и другие структуры (добавочные или простетические группы).

Простые белки по растворимости и пространственному строению разделяют на глобулярные и фибриллярные.

Глобулярные белки отличаются шарообразной формой молекулы (эллипсоид вращения), растворимы в воде и в разбавленных солевых растворах. Хорошая растворимость объясняется локализацией на поверхности глобулы заряженных аминокислотных остатков, окруженных гидратной оболочкой, что обеспечивает хороший контакт с растворителем. К этой группе относятся все ферменты и большинство других биологически активных белков, исключая структурные.

Среди глобулярных белков можно выделить'

1) альбумины — растворимы в воде в широком интервале рН (от 4 до 8,5), осаждаются 70-100%-ным раствором сульфата аммония;

2) полифункциональные глобулины с большей молекулярной массой, труднее растворимы в воде, растворимы в солевых растворах, часто содержат углеводную часть;

3) гистоны — низкомолекулярные белки с высоким содержанием в молекуле остатков аргинина и лизина, что обусловливает их основные свойства;

4) протамины отличаются еще более высоким содержанием аргинина (до 85%), как и гистоны, образуют устойчивые ассоциаты с нуклеиновыми кислотами, выступают как регуляторные и репрессорные белки — составная часть нуклеопротеинов;

5) проламины характеризуются высоким содержанием глутаминовой кислоты (30-45%) и пролина (до 15%), нерастворимы в воде, растворяются в 50-90%—яом этаноле;

6) глутелины содержат около 45% глутаминовой кислоты, как и проламины, чаще содержатся в белках злаков.

Фибриллярные белки характеризуются волокнистой структурой, практически не растворимы в воде и солевых растворах. Полипептидные цепи в молекулах расположены параллельно одна другой. Участвуют в образовании, структурных элементов соединительной ткани (коллагены, кератины, эластины).

Сложные белки (протеиды) содержат наряду с протеиногенными аминокислотами органический или неорганический компонент иной природы — просте-тическую группу. Она связана с полипептидной цепью ковалентно, гетеропо-лярно или координационно. Важнейшие представители (в скобках — простети-ческие группы): гликопротеины (нейтральные сахара, аминосахара, кислые производные моносахаридов), липопротеины (триацилглицериды, фосфолипи-

ды и холестерол), металлопротеины (ион металла, связанный ионной или координационной связью), фосфопротеины (остатки фосфорной кислоты, связанные через остаток серина или треонина), нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты), хромопротеины (окрашенный компонент — пигмент или хромоген).

Из множества сложных белков мы рассмотрим только нуклеопротеиды и важнейший хромопротеид — гемоглобин.

Нуклеопротеиды — соединения, молекула которых состоит из простого белка и нуклеиновой кислоты: дезоксирибонуклеиновой (ДНК) или рибонукле-иновой (РНК).

ДНК — неразветвленный полимер, образованный из связанных между собой нуклеотидов, содержащих дезоксирибозу. Нуклеотид включает одно из четырех азотистых оснований (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) или цитозин (Ц), остаток рибозы и фосфорной кислоты (Р) {См. следующую стр.).

Нуклеотиды в полимере соединены между собой через остаток фосфорной кислоты, образующей эфирную связь с С-3 в остатке рибозы предшествующего нуклеотида (рис.8).

Нуклеотидный состав ДНК во всех соматических клетках данного организма одинаков, не зависит от возраста и физиологического состояния. Однако у разных видов набор нуклеотидов в ДНК заметно различается.

Для ДНК всех видов клеток характерно равенство между количеством

остатков аденина и тимина (А = Т), гуанина и цитозина (Г = Ц) — правил Чаргаффа, т.е. число пуриновых оснований равно числу пиримидиновыз Отношение А + Т к Г + Ц варьирует у разных видов в широких пределах -от 0,35 до 2,70.

Пространственная организация молекулы ДНК позволяет понять, почему вс виды этих молекул содержат равное число тех и других оснований:1. Молекула представляет собой диполимер, т.е. включает две полинуклео-

тидные цепи;

2. Относительно друг друга цепи расположены так, что пуриновому основанию в одной из них соответствует пиримидиновое основание в другой. Эти основания комплементарны друг к другу, т.е. пространственно взаимодополняют одна другую, как это показано на схеме (рис.9).

В молекуле основания связаны водородными мостиками' двумя между А и Т и тремя — между Ц и Г (рис.10).

Метод дифракции лучей (исследована литиевая соль ДНК, Уилкинс) наряду с данными Чаргаффа позволил представить молекулу ДНК как двойную спираль, образованную спирализованными полинуклеотидными цепями (Уот-сон и Крик, 1953). Точнее, спираль образована чередованием остатков деэокси-

рибозы и фосфорной кислоты, а основания, связанные с остатками пентозы, располагаются в плоскости, перпендикулярной оси спирали. Обе цепи спирали-зованы вращением вокруг одной оси в одном направлении, но таким образом, что нуклеотиду А в одной из них всегда соответствует нуклеотид Т в другой, а нуклеотиду Г — нуклеотид Ц. Нередко говорят об антипараллельности цепей. Это надо понимать так, что если у одного из полюсов молекулы (например, слева) одна цепь имеет свободный остаток Р, то в другой — у этого полюса будет располагаться нуклеотид со свободной ОН-группой у С-5 в пентозе. Одна цепь читается как бы справа налево, другая — в обратном направлении (рис.11)

Полный оборот спирали («шаг») составляет 3,4 нм, на его протяжении укладывается 10 пар оснований. Между спиралями в пространстве образуются две бороздки — малая и большая (рис.12).

ДНК в ядрах животных клеток связана преимущественно с гистонами, реже

— с кислыми белками, в частности с фосфопротеинами. Этот комплекс — хроматин — содержит в своем составе ДНК-полимера зу, РНК- полимеразу и протеинкиназы.

ДНК ядра животных клеток представляет собой не одну молекулу, а состоит из многих, распределенных по разным (у человека по 46) хромосомам. Как уже сказано, по первичной структуре, т.е. набору нуклеотидов, во всех клетках организма ДНК совершенно одинакова, в том числе и в специализированных клетках, но отличается по характеру белкового компонента.

РНК в отличие от ДНК, которая находится преимущественно в ядре, содержится в основном в цитоплазме, главным образом в рибосомах (это определяет их название), в небольшом количестве — в ядрах, главным образом

— ядрышках.

Сходна по первичной структуре с ДНК, отличаясь следующим:

1) вместо дезоксирибозы содержит рибозу;

2) вместо тимина — урацил (тимин присутствует в очень малых количествах).

Как и ДНК, РНК — это полимерная цепь, построенная по аналогичному Принципу, не обладает строгой упорядоченностью вторичной структуры (спи-рализованные участки менее

тидин При изображении структурных формул пептидов или белков принято протяженны, чем в ДНК, местами образует петли, на протяжении которых азотистые основания связаны водородными мостиками по принципу комп-лементарности в пределах одной цепи (рис.13).

В отличие от ДНК рибонуклеиновые кислоты разнообразны. Наиболее тяжелые происходят из рибосом — рибосомные РНК. Внутри растворимой клеточной фракции содержится растворимая РНК или транспортная (функциональное название). Третья разновидность — информационные РНК.

Рибосомные РНК (р-РНК) связаны с белками рибосомы, представленными десятками разновидностей в пределах одной и той же рибосомы.

ре, отличаясь последовательностью нуклеотидов в том участке, который на схеме (рис.14) обозначен как ветвь аминокислоты — участок, ответственный за выбор транспортируемой аминокислоты.

Гемоглобин (НЬ) — важнейший хромопротеид, обладающий уникальной функцией

— перенос кислорода и углекислоты.

Белковый компонент НЬ — глобин, небелковый — гем. Структура НЬ неодинакова у разных видов и может иметь варианты у одного вида или одной особи. Отличия касаются белковой части — последовательности аминокислот. Структура гема идентична у всех позвоночных.

Молекула глобина содержит четыре полипептидные цепи, которые удерживаются вместе нековалентными связями. Гемоглобин А — основной гемоглобин взрослого человека

— состоит из двух видов поли-пептидных цепей — а и р. Каждая из них повторяется дважды. Это отражено в формуле гемоглобина I — а Р^.

О разновидностям гемоглобина, связанных с вариантами структуры глобина, мы будем говорить ниже.

Последовательности аминокислот в НЬА (вообще в гемоглобине 20 видов животных) расшифрованы полностью. Несмотря на большие различия в последовательности ами-

НПКИР-ТТПТ ГГО-ТТМПРГТТИ ЛМ  ГУ И ^

обладают высоким пространственным сходством. а-Цепи содержат по 14 аминокислотному остатку, р-цепи — по 146, каждая из них связывает одн молекулу гема. Пространственную структуру одной из цепей иллюстрирую рис. 15.

Характер укладки полипептидных цепей в молекуле НЬ представлен на ри 16.

Гем — молекула, построенная из четырех гетероциклов, содержащих азо — пиррольных колец.

Остатки пиррола соединены в молекуле гема по а-углеродным атомам метиновыми мостиками (-СН=), [3-углеродные атомы замещены в пиррольных кольцах метильными группами (4), винильными {2) и остатками пропионовой кислоты (2).

С атомами азота пиррольных колец в геме связан ион двувалентного

железа. Кроме того, железо взаимодействует с атомом азота в остатках гистидина (Гис 87 а-субъединицы, Гис 92 [3-субъединицы). С белковой частью молекулы гем связан еще и электростатическим взаимодействием через пропиониловые остатки. Со стороны белка в этих связях участвуют остатки основных аминокислот (лизин, аргинин).

Взаиморасположение гема и глобина в гемоглобине показано схематически на рис. 17

Гемоглобин может существовать в форме восстановленного, несвязывающего кислорода (ион железа в этом случае двувалентен), в виде окисленного гемоглобина (НЬО ), он связывает кислород без изменения валентности иона железа, в виде карбгемоглобина — НЬСОд, карбоксигемоглобина — НЬСО (в том

и другом случаях ион железа остается двувалентным), а также в виде МетНЬ — ион железа здесь окислен до трехвалентного.

7.Классификация аминокислот:

1. По строению соединений, получающихся при расщеплении углеродной цепи аминокислоты в организме, различают:

а) глюкопластичные (глюкогенные) — при недостаточном поступлении углеводов или нарушении их превращения они через щавелевоуксусную и фосфоэнолпировиноградную кислоты превращаются в глюкозу (глюкогенез) или гликоген. К этой группе относятся глицин, аланин, серии, трвопин, валин, аспарагииовая и глутами новая кислота, аргинин, гистидин и метионин;

б) кетопластичные (кетогенные) — ускоряют образование кетоновых тел — лейцин, изолейцин, тирозин и фенилаланин (три последние могут быть и глюкогенными)

2. В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме или обязательно должны поступать в составе пищи, различают:

а) заменимые;

6) незаменимые.

К незаменимым относятся гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин В детском возрасте незаменимы также аргинин и гистидин (взрослый организм не требует их поступления с пищей).

По структуре различают семь классов аминокислот:

Ряд непротеиногенных аминокислот входит в состав некоторых биологически активных соединений — о них расскажем позже

8.Денатурация белка — следствие разрыва слабых связей, ведущего к разрушению вторичной и третичной структур. Молекула денатурированного белка неупорядоченна — она приобретает характер случайного («статистического») клубка. Как правило, денатурация белка необратима, но в некоторых случаях после устранения денатурирующего агента может произойти «ренатурация» — восстановление вторичной и третичной структур, а следовательно, и свойств.

Денатурирующие агенты' высокие температуры (разрыв водородных и гидрофобных связей), кислоты и основания (нарушение электростатических связей), органические растворители (нарушение преимущественно гидрофобных связей), мочевина и гуанидин (нарушение водородных связей).

К денатурирующим агентам относятся также детергенты, соли тяжелых металлов, ультрафиолет и другие виды излучений.

Денатурация не нарушает ковалентных связей, но повышает их доступность для других факторов, в частности для энзимов