Структуры белка

Первичная структура — обеспечивается ковалентными пептидными связями. Вторичная структура — регулярное размещение сегментов остова полипептидной цепи без учета конформации боковых цепей аминокислотных остатков. Известны три типа вторичной структуры: α-спираль, β-складчатый слой и беспорядочный клубок. α-Спираль — это спиральное строение в виде винтовой лестницы, где каждая ступень — определенная аминокислота. Витки спирали соединены между собой непрочными водородными связями. Обеспечивается водородными связями — С=О...H-N—, возникающими между карбонильным кислородом и иминным азотом, принадлежащим к той же самой полипептидной цепи. В β-складчатом слое 2 или более полипептидных цепи; сложены зигзагом так, что их сегменты находятся вблизи друг от друга в параллельной или антипараллельной ориентации, причем соседние сегменты соединены водородными связями. Беспорядочный клубок — участки, которые нельзя отнести ни к α-спирали, ни к β-складчатому слою. Третичная структура — расположение всех ковалентно связанных атомов данной полипептидной цепи в пространстве без учета взаимодействия с другими субъединицами. В формировании третичной структуры, помимо первичной и вторичной, участвуют дисульфидные, ионные водородные, вандер-ваальсовы и гидрофобные взаимодействия, обусловленные неполярными боковыми группами пептидных цепей. Аминокислотная последовательность во внешних α-спиралях часто характеризуется периодичностью. Каждое третье или четвертое положение в них занимает аминокислота с неполярными боковыми группами, направленными внутрь глобулы, а остальные, как правило, полярны и обращены в сторону водной среды. У крупных белков может быть промежуточный уровень организации – домены. Домены – фрагменты полипептидной цепи, сходные по своим свойствам с самостоятельными глобулярными белками. Четвертичная структура – имеется только у белков, содержащих две или более пептидных цепи, которые образуются за счет слабых взаимодействий единую функционально активную белковую молекулу. Поэтому под четвертичной структурой подразумевают размещение субъединиц в пространстве со всей совокупностью контактов между ними.

Цветные реакции на белки: 1.Биуретовая реакция (Пиотровского) Реакция обусловлена наличием в белках пептидных связей — C — N — соединяющих остатки аминокислот в молекуле белка путем отнятия элементов частицы воды из —СООН группы одной аминокислоты и—NH2 группы другой:

В сильно щелочной среде в присутствии сернокислой меди образуются комплексные соединения меди с пептидной группировкой, окрашенные в красно-фиолетовый или сине-фиолетовый цвет. Биуретовой реакцией обнаруживаются все без исключения белки, а также продукты их неполно¬го гидролиза — пептоны и полипептиды. Для ди- и трипептидов биуретовая реакция ненадежна. Отте¬нок окрашивания зависит от длины пептидной цепочки. Пептоны при этой реакции дают розовое или красное окрашивание. Биуретовая реакция положительна и с веществами небелкового характера, имеющими в своем составе не менее двух — СО — NH2 — групп, к ним относятся, например, оксамид — H2N — СО — СО—NH2, биурет—H2N—СО—NH—СО—NH2, по которому и названа реакция. Ион меди является центральным атомом фиолетового окрашенного комплекса, который образу¬ется только в присутствии пептидных связей или двух групп — СО—NH2. Так как биуретовая реакция протекает в сильно щелочной среде, образуются анионные комплексы: В тех же условиях аминокислоты присоединяют ионы меди Cu2+ по типу хелатов без образования окрашенных комплексов:

2.Реакция Миллона Реактив Миллона состоит из азотнокислых солей окиси и закиси ртути в HN03 с примесью HNO3. Он дает окрашивание с фенолами, полифенолами. В случае белков реакция обусловлена присутствием в них тирозинового остатка со свободной фенольной группой. При нагревании раствора белка с реактивом Миллона образуется нитросоединение тирозина, которое, присоединяя ртуть, превращается в ртутную соль нитротирозина, имеющую пурпурно-красный цвет: Белки, не содержащие тирозина (желатина, клупеин, сальмин и др.), не дают реакции Миллона.

3.Ксантопротеиновая реакция (Мульдера) Реакция обусловлена наличием в белке циклических аминокислот — тирозина и триптофана, содержащих в своем составе бензольное ядро. При нагревании большинства белков с концентрированной азотной кислотой бензольное ядро тирозина и триптофана нитруется с образованием нитро-производных желтого цвета. Последние при добавлении щелочи превращаются в соли хиноидной структуры, окрашенные в оранжевый цвет. Реакцию нитрования и образования солей хиноидной структуры можно представить следующим образом.

Ксантопротеиновую реакцию (желтое окрашивание) можно наблюдать на коже, ногтях, шерсти и т. п. при попадании на них концентрированной азотной кислоты. По-гречески «ксантос»— желтый, откуда реакция и получила название. Белки, не содержащие тирозина и триптофана, не дают ксантопротеиновой реакции (желатина, клупеин, сальмин и др.). В отличие от тирозина и триптофана фенилаланин подвергается нитрованию с большим трудом и, по-видимому, не обуславливает ксантопротеиновой реакции. Поскольку ксантопротеиновая реакция обусловлена нитрованием ароматиче¬ского кольца, она может быть положительной с более простыми ароматическими соединениями, например с фенолом.

4.Реакция Адамкевича. Реакция обусловлена присутствием в белке остатков аминокислоты триптофана. Она основана на способности триптофана в кислой среде вступать в реакцию с глиоксилевой кислотой, образуя при этом окрашенные продукты конденсации. В качестве источника глиоксилевой кислоты обычно используют ледяную уксусную кислоту, содержащую примесь глиоксилевой. Две молекулы триптофана, реагируя с глиоксилевой кислотой, образуют соединение красно-фиолетового цвета:

5.Реакция Шульце-Распайля Данная реакция обусловлена наличием в белке остатка триптофана. Триптофан, взаимодействуя с оксиметилфурфуролом, дает продукты конденсации, окрашенные в вишнево-красный цвет. Окси- метилфурфурол в этой реакции образуется из гексоз (быстрее из фруктозы), получающихся при гидролизе сахарозы под влиянием концентрированной серной кислоты. Образование окси метил фурфурол а из фруктозы в присутствии концентрированной серной кислоты происходит в результате следующей реакции:

6.Реакция Фоля Реакция обусловлена присутствием в белке аминокислот цистина и цистеина, содержащих слабосвязанную серу. Эти аминокислоты под влиянием щелочи при нагревании разрушаются с образованием сероводорода. Последний в щелочной среде дает сернистый натрий, который, реагируя с плюмбитом натрия, образует черный осадок сернистого свинца:

Плюмбит натрия получается в процессе реакции при взаимодействии уксуснокислого свинца со щелочью: (CH3COO) 2Pb + 2NaOH Pb (OH) 2+2CH3COONa Pb (OH) 2 + 2NaOH^ Pb (ONa) 2+ 2H20 Другая серусодержащая аминокислота метионин более устойчива и при слабом щелочном гидро¬лизе не разрушается.

7.Проба с нитропруссидом натрия При кипячении белка со щелочью аминокислоты, содержащие серу, разрушаются с образованием сернистого натрия. При взаимодействии сернистого натрия с нитропруссидом натрия образуется комплексная соль красно-фиолетового цвета: Na2S + Na[Fe(CN)5NO] → Na4[Fe(CN)5NOS]

8.Реакция Сакагучи Данная реакция дает положительный результат с веществами, содержащими гуанидиновую группировку, и указывает на присутствие в молекуле белков остатков аргинина. При взаимодействии аргинина в щелочной среде с гипобромитом (бромноватисто-кислым натрием) и а-нафтолом образуется соединение красного цвета, представляющее собой продукт конден¬сации окисленного аргинина с а-нафтолом. Роль окислителя играет гипобромит. Окислению подвергается гуанидиновая группа аргинина.

9.Диазореакция (реакция Паули) Реакция обусловлено присутствием в белке гистидина и тирозина. Эти аминокислоты с диазореактивом в щелочной среде дают оранжево-красное окрашивание. В состав диазореактива входят сульфаниловая кислота, азотистокислый натрий и соляная кислота. При их взаимодействии происходит ди азотирование сульфаннловой кислоты с образованием диазобензосульфокислоты:

Диазобснзосульфокислота реагирует с гистидином (или тирозином), при этом получается азокраситель оранжево-красного цвета:

Диазореакция используется для качественного и количественного определения гистидина и тирозина в белковых гидролизатах и других объектах. Она не является строго специфичной. Её дают вешества, имеющие в своей структуре фенольное, имидазольное, пиррольное или тиазоловое кольцо (адреналин, тиамин, карнозин, желчные пигменты, гнетами и и другие вещества).

10.Нингидриновая реакция Реакция обусловлена наличием в белке остатков а-аминокислот. При нагревании растворов белка, пептидов и а-аминокислот с нингидрином образуются окрашенные соединения. Нингидрин, являясь сильным окислителем, вызывает окислительное дезаминирование а-аминокислоты, приводящее к образованию аммиака, двуокиси углерода, соответствующего альдегида и восстановленной формы нингидрина:

Восстановленная форма нингидрина реагирует с избытком нингидрина и с аммиаком. При этом образуется продукт конденсации сине-фиолетового цвета:

В случае аминокислот (пролина и оксипролина) образуется продукт ярко-желтого цвета. Нингидриновую реакцию дают некоторые амины, амиды кислот, а также аммонийные соли и др. соединения.

Простые и сложные белки Простые белки построены из остатков аминокислот и при гидролизе распадаются соответственно только на свободные аминокислоты. Сложные белки-это двухкомпонентные белки, которые состоят из какого-либо простого белка и небелкового компонента, называемого простетической группой. При гидролизе сложных белков, помимо свободных аминокислот, освобождается небелковая часть или продукты ее распада. Простые белки в свою очередь делятся на основании некоторых условно выбранных критериев на ряд подгрупп: протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и др. Классификация сложных белков основана на химической природе входящего в их состав небелкового компонента. В соответствии с этим различают фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту), хромопротеины (в состав их входят пигменты), нуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты), гликопротеины (содержат углеводы), липопротеины (содержат липиды) и металлопротеины (содержат металлы).