Методы для анализа аминокислотного состава белков

Разделение и анализ аминокислот и их производных используются при определении аминокислотного состава белков, секвенировании пептидов, а также с целью диагностики нарушений аминокислотного и белкового обмена. В этом разделе рассматриваются два наиболее важных в практическом отношении метода аминокислотного анализа.

А. Ионообменная хроматография свободных аминокислот

Ионообменная хроматография основана на электростатическом взаимодействии между ионами противоположного заряда. Главное условие при этом, чтобы ионы одного заряда были ковалентно фиксированы на инертном носителе. Такой ионообменник будет связывать ионы противоположного заряда. При промывании ионообменника раствором с более высокой ионной силой или иным значением рН сорбированные ионы можно селективно перевести в раствор (э люировать) .

При разделении аминокислот методом ионообменной хроматографии в качестве неподвижной фазы используются гранулы синтетического полимера, несущие сульфогруппы (-SО 3 — ). Эти группы ионизированы во всем диапазоне рН и несут отрицательный заряд. Для подготовки к работе ионообменник помещают в колонку и промывают Na + -содержащим буферным раствором с рН 2. При этом сульфогруппа (красный цвет) связывает ионы натрия (синий цвет). Если теперь нанести на колонку раствор аминокислот ( 1а ), то положительно заряженные аминокислоты (зеленый цвет) вытеснят ионы натрия и будут сорбированы на ионите. Поскольку аминокислоты не несут заряда в изоэлектрической точке, их злюируют с колонки буфером с более высоким значением рН ( 1б ). В качестве примера приведен эксперимент ( 3 ) по разделению аспарагиновой кислоты, треонина и гистидина. Графики титрования ( 2 ) наглядно объясняют, почему три аминокислоты элюирутся в указанной последовательности.

Строго говоря, аминокислоты элюируются при величинах рН, значительно ниже изоэлектрических точек, поскольку за связывание с ионообменником конкурируют Na + -ионы буферного раствора.

Б. Распределительная хроматография ФТЦ-производных аминокислот

Распределительная хроматография основана на различной полярности разделяемых веществ. Если на инертный носитель нанести мапополярную неподвижную фазу , а затем смесь неполярных веществ, то они будут удерживаться носителем за счет гидрофобного взаимодействия (см. с. 34). Если такую колонку промыть смесью полярных растворителей ( подвижной фазой ), то компоненты смеси будут перемещаться с различной скоростью в зависимости от их полярности. Вначале будут элюироваться гидрофильные вещества, слабо взаимодействующие с неподвижной фазой, а затем гидрофобные вещества.

В первых вариантах распределительной хроматографии гидрофильной была неподвижная фаза, а гидрофобной — подвижная. Приведенная здесь современная модификация метода носит название обращенно-фазовая хроматография (ОФХ).

Сначала при взаимодействии с фенилизотиоцианатом получают производные аминокислот ( 1 ). ФТЦ-аминокислоты (РТС-аминокислоты) малополярны и благодаря поглощению в УФ-обпасти спектра их можно обнаруживать в элюате фотометрически. В качестве неподвижной фазы используются мелкие частицы силикагеля (диаметром 5 мкм) с привитыми углеводородными цепями (лигандами). Использование мелкодисперсных носителей позволяет повысить качество разделения, однако при этом растет механическое сопротивление колонки. Поэтому высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) проводят в капиллярах или колонках, выполненных из нержавеющей стали, а элюент подают с помощью насосов высокого давления ( 2 ). В качестве элюентов используются системы растворителей с возрастающей концентрацией ацетонитрила (СН 3 СN). Состав подвижной фазы, а следовательно, и качество разделения ( 3 ) оптимизируют с помощью программируемых градиентных смесителей.

источник

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ

ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

для студентов, обучающихся по специальности

Издание одобрено и рекомендовано к печати

Центральным методическим советом

Смоленской государственной медицинской академии

Рецензенты: доктор медицинских наук, профессор А.С. Соловьёв

доктор медицинских наук, профессор О.В. Молотков

Учебно-методическое пособие для самостоятельной подготовки к занятиям по биологической химии для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия.

Часть I / Т.Г. Макаренко, К.А. Магеенкова

Пособие содержит краткое изложение теоретического материала программы по биохимии, не вошедшего в лекционный курс, тесты для проверки знаний, ситуационные задачи, вопросы для экзаменов. В пособие вошли также профильные вопросы по особенностям обмена веществ у детей. Пособие состоит из двух частей в соответствии с учебным планом для III и IV семестров. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия.

Учебное пособие рекомендовано Центральным методическим

Советом ГБОУ ВПО СГМА Росздрава РФ

Темы лекционного курса по биохимии (43 часа)

2. Структурная организация белков.

3. Физико-химические свойства белков.

4. Структура, механизм действия ферментов.

6. Внутримитохондриальное окисление. Энергетический обмен.

7. Внемитохондриальное окисление.

9. Анаэробное окисление углеводов.

10. Аэробное окисление углеводов. Глюконеогенез.

11. Пентозо — фосфатный путь.

12. Обмен триацилглицеринов и глицерофосфолипидов

13. Обмен холестерина, сфинголипидов.

14. Взаимосвязь обмена жиров и углеводов. Кетоновые тела.

15. Общие пути обмена аминокислот в тканях.

16. Пути обезвреживания аммиака в тканях.

17. Обмен фенилаланина и тирозина.

18. Обмен пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

20. Биохимия эритроцитов. Обмен гемопротеидов.

21. Физико — химические свойства крови. Дыхательная функция крови.

22. Свёртывающаяи антисвёртывающая системы крови.

Материал для самостоятельной работы студентов

(72 часа внеаудиторной работы)

Пособие предназначено для внеаудиторной самостоятельной работы по биологической химии студентов педиатрического факультета.

Пособие включает краткое изложение материала учебной программы по биологической химии для студентов медицинских вузов, не вошедшего в аудиторный лекционный курс. Для студентов, обучающихся по специальности Педиатрия, приводятся дополнительные сведения об особенностях обмена веществ у детей. Тестовые задания к темам занятий используются для промежуточного и итогового контроля знаний. Обсуждение ситуационных задач предполагается проводить на занятиях при участии преподавателя. В связи с этим комментарии к ситуационным задачам в пособии не приводятся. Пособие содержит перечень экзаменационных вопросов по биохимии.

Тема занятия №1

АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ. ГИДРОЛИЗ ПРОСТОГО БЕЛКА. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ

2. Цели самостоятельной работы: расширить представления о структурной организации белков

3. Задачи самостоятельной работы:

— усвоить биологические функции белков,

— дополнить сведения о первичной, вторичной, третичной, четвертичной структуре белков,

— ознакомиться с особенностями белкового состава тканей в организме детей,

— сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,

— сформировать навык использования полученных знаний.

4. Перечень вопросов и заданий для самостоятельной работы

Содержание белков в организме. Химический состав и функции белков

Белки — высокомолекулярные полимерные N-содержащие органические вещества, состоящие из аминокислот, соединённых пептидными связями, и имеющие сложную структурную организацию.

Термин «белки» обусловлен способностью этих соединений давать осадки белого цвета. Название «протеины» произошло от protos (греч.) – первый, важный, и отражает центральную роль этого класса веществ в организме.

Содержание белков в организме человека выше, чем содержание липидов, углеводов. От общей массы тканей (сырой массы) оно составляет 18 – 20%. Преобладание в тканях белков по сравнению с другими веществами выявляется при расчёте содержания белков на сухую массу тканей – 40 – 45%. Содержание белков в различных тканях колеблется в определённом интервале. Наиболее высоко содержание белков в скелетных мышцах (18 – 23% от сырой массы или 80% от сухой массы ткани). Низким содержанием белков отличается жировая ткань (6% сырой массы или 4% сухой массы ткани).

В детском возрасте общее количество белков в организме, их состав иные, чем у взрослых людей. В организме плода общее содержание белков не превышает 10% . У новорожденных оно составляет 10 – 12% массы тела. В период новорожденности наблюдается усиление процессов распада белков для энергетических целей. В силу этого содержание белков временно снижается. В раннем детском возрасте преобладают незрелые растворимые структурные белки. С возрастом усиливается их дифференцировка в зрелые функциональные белки.

Биологические функции белков разнообразны. Они связаны с высокой специфичностью белков, способностью взаимодействовать с различными лигандами, рецепторами, структурами клеток.

· Пластическая (структурная) функция – белки входят в состав всех клеточных структур вместе с нуклеиновыми кислотами, липидами, углеводами.

· Энергетическая — 1 г белков обеспечивает образование около 4 ккал

а) ферментативная – более 2 000 белков являются биологическими катализаторами, регулируя скорость химических реакций в организме

б) гормональная – некоторые гормоны, регулирующие биохимические и физиологические процессы в организме, относятся к белкам

в) белки гистоны в составе хроматина регулируют активность генов ДНК

г) внутриклеточный белок кальмодулин регулирует активность различных ферментов

· Защитная (иммунная) функция. Некоторые белки (иммуноглобулины, интерферон, лизоцим) обладают способностью связывать чужеродные для организма вещества.

а) сократительная (белки мышц актин и миозин)

б) фоторецепторная (белок сетчатки родопсин)

в) свёртывание крови (фактор свёртывания крови фибриноген)

г) рецепторная – белки входят в состав клеточных рецепторов

Химический состав белков

Элементарный состав белков достаточно разнообразен. В них содержатся многие химические вещества. Однако обязательными химическими элементами являются углерод (51 – 55%), кислород (21 – 23%), азот (16% — наиболее постоянная величина), водород (6- 7%) и сера (0,5 – 2%)

Аминокислотный состав белков. В состав природных белков входят α аминокислоты, которые отличаются структурой радикала у α- углеродного атома.

1. В состав природных белков входят химические элементы: Кальций. Углерод. Хлор. Водород. Натрий. Азот. Калий. Кислород. Сера.

2. Содержание белка в пробе можно довольно точно рассчитать по количественному определению химического элемента:

Углерод. Водород. Азот. Кислород. Сера.

3. К существенным изменениям биологических свойств белков ведут замены аминокислот:

Глютамат на аспартат. Глютамат на валин.Триптофан на глютамат. Валин на лейцин. Глицин на аспартат. Фенилаланин на триптофан. Серин на треонин. Глицин на аланин.

4. Об окончании гидролиза белка можно судить:

По растворению осадка денатурированного белка. По исчезновению мутности гидролизата. По положительной биуретовой реакции. По положительной нингидриновой реакции. По отрицательной нингидриновой реакции. По положительной реакции Адамкевича. По отрицательной биуретовой реакции.По результатам формольного титрования.

5. Третичную структуру белка стабилизируют связи:

Гидрофобные. Пептидные. Дисульфидные. Ионные. Водородные.

6. Вторичную структуру белков стабилизируют связи:

Дисульфидные. Пептидные. Ионные. Гидрофобные. Водородные.

7. Полярными функциональными группами белков являются:

Карбоксильные. Метильные. Фенольные. Аминные. Карбонильные. Индольные. Гидроксильные. Тиоловые. Иминные.

8. В образовании пептидной связи участвуют функциональные группы аминокислот:

Эпсилон-аминные. Альфа — аминные. Бета — карбоксильные. Гамма -карбоксильные. Альфа — карбоксильные. Тиоловые.

9. Основополагающей структурой, т.е. определяющей более высокие уровни структурной организации белка, является:

Первичная. Вторичная. Третичная. Четвертичная.

10. Выраженная видовая специфичность белков с одинаковыми природными биологическими свойствами обусловлена:

Принципиальными различиями в аминокислотном составе. Существенными различиями в молекулярной массе. Особенностями пространственной структуры молекул. При схожести первичных структур отдельными равноценными аминокислотными заменами. При схожести первичных структур отдельными неравноценными аминокислотными заменами. Различиями состава небелковых компонентов.

11. Преимущественно на поверхности белковой молекулы расположены аминокислоты:

Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Обе группы аминокислот. Ни одна из этих групп

12. Преимущественно в глубине белковой молекулы расположены аминокислоты:

Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Ни одна из этих групп. Обе группы аминокислот

13. В формировании 3-ой структуры белка участвуют:

Неполярные аминокислоты. Полярные аминокислоты. Обе группы аминокислот. Ни одна из этих групп

14. Причиной изменения сродства гемоглобина к кислороду является:

Изменение третичной структуры протомеров. Изменение взаиморасположения протомеров. Кооперативные изменения конформации протомеров

15. Верно ли данное положение?

Εпсилон — аминогруппа лизина участвует в образовании пептидной связи

Да. Нет. Верный ответ отсутствует

16. Верно ли данное положение?

Радикалы серина и валина обладают гидрофильными свойствами

Да. Нет. Верный ответ отсутствует

17. Шапероны участвуют главным образом в образовании и поддержании:

Первичной структуры белков. Третичной структуры белков. Вторичной структуры нуклеиновых кислот

18. Содержание белков в организме новорожденных детей составляет:

20%. 10-12%. 5%

Ситуационные задачи

1. На фрагменте пептида: Тир — Цис — Лей – Вал – Асп — Ала

назовите, радикалы каких аминокислот могут участвовать в образовании связей:

Гидрофобных. Ионных. Дисульфидных

2. На фрагменте пептида: Тир – Цис – Лей – Вал – Асп — Ала

укажите, в образовании каких уровней структурной организации белка участвуют связи, образованные радикалами данных аминокислот

3. В крови студента-африканца, поступившего в клинику с жалобами на одышку, головокружение, учащённое сердцебиение и боли в конечностях, в крови обнаружены эритроциты, имеющие форму серпа.

Объясните причину развития данного заболевания.

4. Гемоглобин представляет собой сложный олигомерный белок гемопротеид. Какие посттрансляционные изменения приводят к формированию функционально активного белка?

7. Основная и дополнительная литература к теме

Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 9-28, 31-56.

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 7- 25.

А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 16-35,38-43.

О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 15-19, 19-24.

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 10-41, 49-59.

Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. с. 21-51(1)

Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.

Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебное пособие, рекомендовано УМО «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей». Смоленск. 2012.

А.Е. Медведев «Открыта 22-ая генетически кодируемая аминокислота» // Вопр. мед. химии. 2002. № 5 -. с. 432

Тема занятия № 2

ОСАДОЧНЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ.

МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ

2. Цели самостоятельной работы: расширить знания об основных физико-химических свойствах белков и их прикладном медицинском значении, об использующихся в лабораторной практике методах количественного определения белков в биологических жидкостях

3. Задачи самостоятельной работы:

— уметь оценивать биомедицинское значение основных физико-химических свойств растворов белков,

— ознакомиться с нормой содержания белка в сыворотке крови, с возможными отклонениями и их биохимической трактовкой,

— сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,

— сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности.

4. Перечень вопросов для самостоятельной работы

В лабораторной практике

Для количественного определения белков используются оптические, колориметрические и азотометрические методы.

Оптические методы основаны на оптических свойствах белков.

— спектрофотометрические методы, оценивающие интенсивность поглощения белками УФ лучей в диапазоне около 200 нм и 260 нм. Степень УФЛ — поглощения пропорциональна концентрации белка;

— рефрактометрические методы основаны на способности растворов белков преломлять свет пропорционально их концентрации;

— нефелометрические методы основаны на способности растворов белков рассеивать свет пропорционально их концентрации;

— поляриметрические методы основаны на способности растворов белков вращать плоскость поляризованного света пропорционально их концентрации.

Колориметрические методы основаны на цветных реакциях белков – биуретовая реакция, метод Лоури, метод сорбции белками определённых красителей. Интенсивность окраски определяется концентрацией белкового раствора.

Азотометрические методы основаны на определении содержания азота и пересчёте его на концентрацию белка (в белках 16% азота).

1. К колориметрическим методам относятся:

Азотометрический. Спектрофотометрический. Сорбция красителей. Метод Лоури. Биуретовый метод. Рефрактометрический.

2. На способности белков приобретать заряд основаны приёмы их анализа:

Рентгеноструктурный анализ. Электрофорез.Ионообменная хроматография.Потенциометрическое титрование. Рефрактометрия. Ультрацентрифугирование. Колоночная гель-фильтрация.

3. Эффект высаливания белков из растворов связан:

С нарушением вторичной и третичной структур. С разрывом пептидных связей. С потерей белками заряда. С дегидратацией их молекул. С формированием четвертичной структуры.

4. Для наиболее полной экстракции белков из тканей животного происхождения можно использовать жидкости:

Спиртоводную смесь. Ацетон. 10% раствор сульфата аммония. Дистиллированную воду. 10% раствор NaCl.10% раствор KCl.

5. Освободиться от сопутствующих низкомолекулярных веществ, присутствующих при экстрагировании белков, без потери белками нативных свойств можно методами:

Электрофорезом. Диализом.Колоночной гель — фильтрацией. Осаждением белков трихлоруксусной кислотой.

6. Белки с различной молекулярной массой можно разделить приёмами физико-химического анализа:

Диализом. Электрофорезом. Высаливанием. Потенциометрическим титрованием. Колоночной гель — фильтрацией.

7. При физиологических значениях рН среды может приобретать или утрачивать свой заряд аминокислота:

Цистеин. Аргинин. Тирозин. Серин. Гистидин. Треонин.

8. Присутствие глобулинов в растворе можно доказать:

Электрофорезом. Колоночной гель — фильтрацией. Высаливанием при 50% насыщении сульфатом аммония. Высаливанием при 100% насыщении сульфатом аммония. Денатурацией мочевиной.

9. Для эффекта денатурации характерны признаки:

Быстрое образование осадка. Утрата биологической активности. Сохранение биологических свойств. Нарушение первичной структуры белка. Медленное образование осадка. Нарушение вторичной и третичной структуры (конформации). Сохранение конформации.

10. Для эффекта высаливания характерны признаки:

Обратимость эффекта. Утрата биологических свойств. Сохранение биологических свойств. Нарушение конформации белка. Сохранение конформации белка. Быстрое образование осадка.

11. Денатурацию белков вызывают:

Хлорид натрия. Серная кислота. Уксуснокислый свинец. Сернокислый аммоний. Азотнокислое серебро. Сульфосалициловая кислота. Мочевина. Глюкоза.

12. Направление движения белков в постоянном электрическом поле зависит:

От градиента потенциала. От молекулярной массы белков. От рН среды. От формы белковых молекул. От особенностей аминокислотного состава белков. От наличия в составе белков простетических групп.

13. С помощью высаливания из смеси белков можно выделить:

Оваальбумин. Гамма-глобулин. Сывороточный альбумин.

14. Растворимость белков в воде придают функциональные группы полипептидных цепей:

Карбоксильные. Метильные. Фенольные. Аминные. Карбонильные. Индольные. Гидроксильные. Тиоловые. Иминные.

15. Наиболее объективные данные о молекулярной массе белков дают физико-химические методы:

Криоскопия. Эбулиоскопия. Рентгеноструктурный анализ.Ультрацентрифугирование. Электронная микроскопия.

16. Для точного определения содержания белка в растворе можно применить оптический эффект:

Преломление лучей света. Эффект светорассеивания. Оптическая активность. Поглощение лучей в УФ части спектра.

17. При проведении гель — фильтрации белков используются:

Различия в величине заряда. Различия в молекулярной массе. Различия в оптических свойствах

18. При электрофорезе белков используются:

Различия по величине заряда. Различия по молекулярной массе. Различия оптических свойств

19. Смесь белков церулоплазмина (мол. масса 151 000, изоэлектрическая точка 4,4) и γ — глобулина ( мол. масса 150 000, изоэлектрическая точка 6,3) можно разделить методами:

Электрофореза. Гель — фильтрации. Ионообменной хроматографии

20. Рефрактометрические методы количественного определения белков основаны на эффекте:

Светорассеивания. Светопоглощения. Светопреломления. Вращения плоскости поляризованного света

21. Спектрофотометрические методы количественного определения белков основаны на эффекте:

Светорассеивания. Светопоглощения при определённой длине волны. Светопреломления. Вращения плоскости поляризованного света

22. В изоэлектрической точке молекула белка:

Не диссоциируют. Электронейтральны. Движутся к аноду. Распадаются на полипептиды

23. Белки способны образовывать устойчивые водные раствор благодаря наличию:

Броуновского движения Наличию гидрофобных радикалов. Наличию заряда и гидратной оболочки у молекул белка. Всех перечисленных факторов

Ситуационные задачи

1. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

2. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

3. Укажите направление движения (к аноду, к катоду или остаются на старте) следующего пептида

4. Сделайте выводы об особенностях аминокислотного состава белка, имеющего изоэлектрическую точку = 4,7

5. Какой заряд в нейтральной среде приобретёт белок, имеющий изоэлектрическую точку =4,7?

6. После высаливания белка сульфатом аммония получен осадок, содержащий изучаемый белок с примесью соли. Как можно отделить белок от соли?

7. Основная и дополнительная литература к теме

Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 67-74

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 29-31

А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 43-60

О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 7-15, 28-29.

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 37-41.

Р. Марри и др. «Биохимия человека». М. «Мир». 1993. С. 43-51 (1)

Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.

Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методическое пособие «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей» (Рекомендовано УМО). Смоленск. 2012.

Титов В.Н. Методические аспекты определения содержания общего белка сыворотки крови //Клин. лаб. диагностика, 1995, — .№ 2.С. 15-18

Тема занятия № 3

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ

2. Цели самостоятельной работы: закрепить знания о принципах классификации белков, свойствах и особенностях состава основных групп простых и сложных белков

3. Задачи самостоятельной работы:

— рассмотреть принципы классификации белков,

— изучить особенности свойств, химического состава и биологических функций основных групп простых и сложных белков,

— сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения,

— сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности.

4. Перечень вопросов для самостоятельной работы

Классификация белков

Огромное количество белков в организме, многообразие их свойств и биологических функций определяют сложности их систематики.

Предложены классификации белков по структурному, функциональному принципам.

«На сегодняшний день о белках известно слишком много, чтобы удовлетворится старой классификацией, и слишком мало для того, чтобы составить лучшую» — такое определение состояния вопроса о классификации белков остаётся актуальным до настоящего времени.

В практическом отношении достаточно удобна классификация белков, учитывающая особенности их химического состава и физико-химических свойств.

Согласно этой классификации, все белки делят на 2 группы: простые (протеины) и сложные (протеиды.

К протеинам (простым белкам) относят белки, состоящие только из аминокислот.

Они, в свою очередь, делятся на группы в зависимости от физико-химических свойств и особенностей аминокислотного состава. Выделяют следующие группы простых белков:

Альбумины –широко распространённая группа белков в тканях организма человека. Они имеют сравнительно невысокую молекулярную массу 50– 70 тыс. дальтон. Альбумины в физиологическом диапазоне рН имеют отрицательный заряд, так как в силу высокого содержания глютаминовой кислоты в их составе находятся в изоэлектрическом состоянии при рН 4,7. Имея невысокую молекулярную массу и выраженный заряд, альбумины перемещаются при электрофорезе с достаточно высокой скоростью. Аминокислотный состав альбуминов разнообразен, они содержат весь набор незаменимых аминокислот. Альбумины – высоко гидрофильные белки. Они растворимы в дистиллированной воде. Вокруг молекулы альбуминов формируется мощная гидратная оболочка, поэтому для высаливания их из растворов необходима высокая 100% концентрация сульфата аммония. Альбумины выполняют в организме структурную, транспортную функцию, участвуют в поддержании физико – химических констант крови.

Глобулины– широко распространённая группа белков, обычно сопутствующая альбуминам. Имеют более высокую, чем альбумины молекулярную массу – около 200 тыс. дальтон, поэтому медленнее перемещаются при электрофорезе. Изоэлектрическая точка глобулинов находится при рН 6,3 – 7. Они отличаются разнообразным набором аминокислот. Глобулины не растворимы в дистиллированной воде, они растворимы в солевых растворах KCl, NaCl в концентрации 5 – 10 %. Глобулины менее гидратированы, чем альбумины, поэтому высаливаются из растворов уже при 50% насыщении сульфатом аммония. Глобулины в организме выполняют структурную, защитную, транспортные функции.

Гистоны– имеют небольшую молекулярную массу 11-24 тыс. дальтон. Они богаты щелочными аминокислотами лизином и аргинином, поэтому находятся в изоэлектрическом состоянии в резко щелочной среде при рН 9,5 – 12. В физиологических условиях гистоны имеют положительный заряд. В различных видах гистонов содержание аргинина и лизина варьирует, в связи с чем, они делятся на 5 классов. Гистоны Н₁ и Н₂ богаты лизином, гистоны Н₃— аргинином. Молекулы гистонов полярны, очень гидрофильны, поэтому с трудом высаливаются из растворов. В клетках положительно заряженные гистоны, как правило, связаны с отрицательно заряженными ДНК в составе хроматина. Гистоны в хроматине формируют остов, на который накручивается молекула ДНК. Основные функции гистонов – структурная и регуляторная.

Протамины– низкомолекулярные щелочные белки. Молекулярная масса их составляет 4 – 12 тыс. дальтон. Протамины в своём составе содержат до 80% аргинина и лизина. Они содержатся в составе нуклеопротеидов молоки рыб – клупеин (сельдь), скумбрин (скумбрия).

Проламины, глютелины –растительные белки, богатые глютаминовой кислотой (до 43%) и гидрофобными аминокислотами, в частности, пролином (до 10 – 15%). В силу особенностей аминокислотного состава проламины и глютелины не растворимы в воде и солевых растворах, но растворимы в 70% этиловом спирте. Проламины и глютелины являются пищевыми белками злаковых культур, составляя так называемые глютеновые белки. К глютеновым белкам относятся секалин (рожь), глиадин (пшеница), гордеин (ячмень), авенин (овёс). В детском возрасте может наблюдаться непереносимость глютеновых белков, к которым в лимфоидных клетках кишечника вырабатываются антитела. Развивается глютеновая энтеропатия, снижается активность кишечных ферментов. В связи с этим, злаковые отвары детям рекомендуется вводить после 4-х месячного возраста. Не содержат глютеновых белков рис и кукуруза.

Протеиноиды(белковоподобные) — фибриллярные водонерастворимые белки. Входят в состав опорных тканей (костей, хрящей, сухожилий, связок). Они представлены коллагеном, эластином, кератином, фиброином.

Коллаген (рождающий клей) –широко распространённый в организме белок, составляет около трети всех белков организма. Входит в состав костей, хрящей, зубов, сухожилий и др. тканей.

К особенностям аминокислотного состава коллагена относится, прежде всего, высокое содержание глицина (1/3 всех аминокислот), пролина (1/4 всех аминокислот), лейцина. В составе коллагена присутствуют редкие аминокислоты гидроксипролин и гидроксилизин, но отсутствуют циклические аминокислоты.

Полипептидные цепи коллагена содержит около 1000 аминокислот. Различают несколько видов коллагена в зависимости от сочетания в нём различных видов полипептидных цепей. К фибриллообразующим видам коллагена относятся коллаген I типа (преобладает в коже), коллаген II типа (преобладает в хрящах) и коллаген III типа (преобладает в сосудах). У новорожденных детей основная масса коллагена представлена III типом, у взрослых людей – II и I типами.

Вторичная структура коллагена представляет «ломаную» альфа-спираль, в витке которой укладывается 3,3 аминокислоты. Шаг спирали равен 0,29 нм.

Три полипептидные цепи коллагена уложены в виде тройного закрученного каната, фиксированного водородными связями, и образуют структурную единицу коллагенового волокна – тропоколлаген. Тропоколлагеновые структуры размещаются параллельными, смещёнными по длине рядами, фиксированными ковалентными связями, и формируют коллагеновое волокно. В промежутках между тропоколлагеном в костной ткани откладывается кальций. Коллагеновые волокна содержат в своём составе углеводы, которые стабилизируют коллагеновые пучки.

Кератины —белки волос, ногтей. Они не растворимы в растворах солей, кислот, щелочей. В составе кератинов имеется фракция, которая содержит большое количество серосодеоржащих аминокислот (до 7 – 12%), образующих дисульфидные мостики, придающие высокую прочность этим белкам. Молекулярная масса кератинов очень высока, достигает 2 000 000 дальтон. Кератины могут иметь альфа — и бета — структуру. В альфа — кератинах три альфа — спирали объединяются в суперспираль с формированием протофибрилл. Протофибриллы соединяются в профибриллы, затем в макрофибриллы. Примером бета — кератинов является фиброин шёлка.

Эластин – белок эластических волокон, связок, сухожилий. Эластин не растворим в воде, не способен к набуханию. В эластине высока доля глицина, валина, лейцина (до 25 – 30%). Эластин способен растягиваться под действием нагрузки и восстанавливать свои размеры после снятия нагрузки. Эластичность связана с присутствием в эластине большого количества межцепочечных сшивок при участии аминокислоты лизина. Две белковые цепи образуют связь лизил – норлейцин. Четыре белковые цепи образуют связь – десмозин.

К сложным белкам (протеидам) относят белки, в которых помимо белковой части содержатся небелковые вещества (простетические группы).

Сложные белки классифицируют по химическому составу их простетической группы. Выделяют следующие группы сложных белков:

Хромопротеидысодержат в качестве простетической группы окрашенные небелковые соединения. В группе хромопротеидов выделяют гемопротеиды и флавопротеды.

В гемопоротеидах простетической группой является гем – органическое, железосодержащее вещество, придающее белку красный цвет. Гем соединяется с белком глобином за счёт координационных и гидрофобных связей. Примерами гемопротеидов являются белок эритроцитов гемоглобин, белок мышц миоглобин, тканевые белки цитохромы, ферменты каталаза, пероксидаза. Гемопротеиды участвуют в переносе кислорода и в окислительных процессах в тканях.

В флавопротеидах содержится простетическая группа жёлтого цвета. В качестве простетической группы могут быть представлены нуклеотиды ФАД, ФМН. К флавопротеидам относится фермент сукцинатдегидрогеназа. Некоторые флавопротеиды содержат в своём составе металлы – металлофлавопротеиды. Флавопротеиды участвуют в окислительных процессах в организме.

Нуклеопротеидысостоят из белковой части и нуклеиновых кислот: ДНК или РНК. В ядре локализованы дезоксирибонуклеопротеиды, в цитозоле – рибонуклеопротеиды. Белки в нуклепротеидах ядра представлены в основном гистонами. Белковая и небелковая части нуклеопротеидов связаны ионными и гидрофобными связями. При полном гидролизе нуклеопротеидов образуются аминокислоты, фосфорная кислота, углевод и пуриновое или пиримидиновое азотистое основание. Нуклеопротеиды участвуют в хранении и воспроизведении генетической информации.

Липопротеидыв качестве простетической группы содержат различные жиры (триацилглицерины, фосфолипиды, холестерин и др.). Между белком и липидом формируются гидрофобные и ионные связи. Липопротеиды принято делить на структурные, входящие в состав клеточных мембран, и транспортные, осуществляющие перенос жиров кровью. Транспортные липопротеиды представляют собой сферические частицы, внутри которых находятся гидрофобные жиры, а на поверхности – гидрофильные белки. Примером липопротеида может служить фактор свёртывания крови – тромбопластин.

Фосфопротеидысодержат в своём составе остатки фосфорной кислоты, соединённой с серином белковой части сложноэфирными связями. Присоединение фосфорной кислоты к белку носит обратимый характер и сопровождается формированием или разрывом ионных связей фосфорной кислоты и заряженных групп белка, что меняет биологическую активность фосфопротеида. К фосфопротеидам относятся структурные белки костной ткани, казеиноген молока, ововителлин белка куриного яйца, некоторые ферменты (фосфорилаза, гликогенсинтетаза, ТАГ — липаза)

Гликопротеидысодержат, как правило,прочно присоединенные гликозидными связями остатки углеводов (моносахариды, олигосахариды). Гликопротеиды обычно имеют мозаичную структуру, в которой чередуются углеводные и белковые фрагменты. Углеводная часть придаёт специфичность гликопротеидам и определяет их устойчивость к тканевым ферментам. Гликопротеиды широко представлены в организме человека. Они содержатся как в тканях, так и в биологических жидкостях. Муцин слюны содержит в своём составе до 15% маннозы и галактозы. Гликопротеидами являются некот

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

источник

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

Огромное разнообразие белков по составу и строению молекул, физико-химическим свойствам и выполняемым функциям не позволяет создать единой классификации белковых веществ. По составу молекул белки подразделяют на два больших класса — протеины и протеиды. Протеины — это типичные полипептиды, образованные только из аминокислот. Протеиды имеют в своем составе полипептидные группировки, с которыми прочно связаны другие соединения неаминокислотной (небелковой) природы.

ПРОТЕИНЫ. Молекулы протеинов заметно различаются по физико- химическим свойствам и это положено в основу их классификации по группам растворимости или выполняемым функциям.

Растворимые в воде протеины называют альбуминами. Типичными представителями альбуминов являются белок куриного яйца — овальбумин, водорастворимые белки зерна пшеницы, ржи, ячменя — лейкозины, легуме-лин из зерна гороха и других зернобобовых культур.

Альбумины содержатся во всех тканях растений и обладают высокой биологической активностью, так как к ним относятся многие белки-фер-менты, белковые ингибиторы ферментов, белки-антивитамины, многие регуляторные белки.

Белки, растворимые в растворах нейтральных солей, называют гло-булинами. Чаще всего для извлечения глобулинов используют 5-10% рас-творы NaCl или KCl.

Глобулины содержатся во всех клетках и тканях живых организмов и выполняют жизненно важные функции. К глобулинам относятся многие ферментные и регуляторные белки, а также запасные белки семян и других органов растений. Многие растительные глобулины выделены в кристаллическом виде и хорошо изучены. Так, из семян сои выделен гли-цинин, из фасоли — фазеолин, из гороха — легумин, из конопли — эдестин, из люпина — конглютин, из картофеля — туберин.

В семенах злаковых растений накапливается очень много запасных белков, растворяющихся в 70% водном растворе этанола, их называют проламинами. Синтез в семенах проламинов — генетическая особенность злаковых растений, тогда как в других растениях эти белки не образуются. Они также не синтезируются в вегетативных органах растений (в том числе и злаковых). Название проламины этой группе белков было дано вследствие того, что при их гидролизе образуется много аминокислоты пролина и аммиачного азота.

Проламины — основные белки клейковины пшеницы и других злако-вых растений. Проламин пшеницы называют глиадином, проламин кукуру-зы — зеином, проламин овса — авенином, проламин ячменя — гордеином, про-ламин ржи — секалином.

Белки, не растворимые в воде, водных растворах солей и спирта, но хорошо растворяющиеся в щелочных растворах (0,1-0,2% раствор NaOH), называют глютелинами. Они содержатся в любых растительных клетках, но особенно их много в семенах злаковых растений. Глютелины входят в состав клейковины. В семенах эти белки выполняют роль запасных веществ, а в листьях глютелины по-видимому являются структурными белками. Наиболее хорошо изучены глютелины пшеницы — глютенины и глютелины риса — оризенины.

Альбумины, глобулины, проламины и глютелины растений состоят из большого набора индивидуальных белков. Методом электрофореза каждая из этих групп белков может быть разделена на 20-30 компонентов, различающихся по электрофоретической подвижности, а методом изо-электрофокусирования — на несколько десятков белковых компонентов.

В хромосомах клеточных ядер содержатся водорастворимые белки — гистоны, играющие важную роль в образовании структуры хроматина, так как связаны с ДНК. Они имеют высокую концентрацию основных ами-нокислот — лизина и аргинина (25-30%), поэтому относятся к щелочным белкам, у которых очень сильно выражены свойства оснований. Основная функция гистонов — упаковка молекул ДНК в ядрах клеток высших организмов. Гистоны H2a, H2б, H3 и H4, взаимодействуя с ДНК, образуют упорядоченные ядерные структуры — нуклеосомы, связь между которыми обеспечивают гистоны H1. Гистоны, богатые аргинином (H3 и H4), у разных организмов очень мало отличаются по их аминокислотным последовательностям, а богатый лизином гистон H1 по составу аминокислот проявляет довольно высокую видовую специфичность.

К протеинам также относятся склеропротеины, представляющие бел-ки, которые нерастворимы в воде и большинстве других растворителей. Они выполняют структурную функцию, образуя длинные параллельные полипептидные цепи, соединенные поперечными связями в прочные структуры. К этой группе белков относятся коллаген сухожилий, миозин мышц, кератин волос, эластин кровеносных сосудов, фиброин шелка.

ПРОТЕИДЫ. В зависимости от химической природы небелковой части протеиды разделяют на несколько групп: гликопротеиды, хромопротеиды, липопротеиды, флавопротеиды, металлопротеиды, нуклеопротеиды и др.

Гликопротеиды. В составе молекул гликопротеидов к белку через аминокислотные остатки присоединены моносахариды или их производные — манноза, галактоза, глюкозамин, глюкуроновая кислота и др. К гли-копротеидам относятся многие ферменты, мембранные белки, защитные белки иммуноглобины и лектины, некоторые запасные белки (вицилин семян фасоли), белок внеклеточного матрикса — ламинин, некоторые ядовитые белки (рицин клещевины).

Липопротеиды. Они образуются при соединении белков с липидами и являются основными компонентами цитоплазматических, хлоропластных и митохондриальных мембран. При образовании мембранных липопротеидов к C или N-концам полипептидных цепей белка присоединяется гликолипидная или липидная группировка, которая делает эту часть мо-лекулы белка гидрофобной и поэтому способной к взаимодействию с липидными компонентами мембраны. Липидная часть липопротеида обычно представлена фосфатидилинозитом и диацилглицерином.

Нуклеопротеиды. Соединения белков с нуклеиновыми кислотами, играют важную роль в процессах жизнедеятельности организмов, связанных с передачей наследственной информации. Они являются главным веществом хромосом, рибосом и пластидных факторов наслед-ственности.

Фосфопротеиды. Это белки, в которых к остаткам серина, треонина, тирозина, имеющим HO-группы, сложноэфирной связью присоединяются остатки ортофосфорной кислоты. Фосфорилирование белков играет важную роль в регулировании активности ряда ферментов: гликогенфосфорилаз (катализирующих фосфоролиз гликогена), гликогенсинтетаз (катализирую-щих синтез гликогена), синтетаз жирных кислот, пируватдегидрогеназы, многих ферментов, образующих систему клеточного деления. Фосфорили-рованию могут подвергаться также и другие белки – регуляторные, защитные, транспортные, запасные.

Металлопротеиды. Имеют в своем составе группировки, содержа-щие атомы металлов. К ним относятся белки, обладающие каталитичес-кими свойствами: цитохромы, пероксидаза, каталаза, глобины (осу-ществляющие связывание и перенос кислоода), в состав которых входит железо; аскорбинатоксидаза, фенолоксидазы, тирозиноксидаза, пластоцианин, содержащие медь; нитратредуктаза, содержащая молибден; нитрогеназа, содержащая молибден и железо; многие другие ферменты.

Известны белки-ферменты, имеющие в своем составе производные витаминов и нуклеотидные группировки, в связи с чем такие белки можно назвать витаминопротеидами и нуклеотидопротеидами. Более подробно они будут рассмотрены в главе «Ферменты».

Систематические исследования аминокислотного состава белков были начаты во второй половине девятнадцатого века, когда были разработаны химические методы определения аминокислот в белковых гидролизатах. Однако значительные успехи в аминокислотном анализе полипептидов были достигнуты после разработки хроматографических методов изучения органических веществ. В современных исследованиях для определения аминокислотного состава белков применяется метод ионообменной хроматографии с использованием аминокислотных анализаторов, которые в автоматическом режиме разделяют смесь аминокислот, полученных в результате гидролиза белков, на ионообменнике, производят их окрашивание и измерение оптической плотности окрашенного раствора, после чего данные спектрофото-метрических измерений выводятся на регистрирующее устройство.

Гидролиз белков проводится в кислой или щелочной среде, а также с помощью протеолитических ферментов. В ходе гидролиза пептидные связи, соединяющие аминокислотные остатки в белке, расщепляются и образуется смесь свободных аминокислот.

Как показали исследования, белки разных видов растений, а также разных органов одного и того же растения могут заметно различаться по содержанию аминокислот (табл. 3 и 4).

В альбуминах по сравнению с проламинами существенно выше концентрация аргинина, глицина, лизина, метионина и триптофана, но значительно меньше содержание лейцина, пролина, тирозина, фенил-аланина.

В специфическом белке эндосперма пшеницы — пуротионине пол-ностью отсутствуют гистидин, метионин и триптофан, но повышено со-держание лизина (15%) и аргинина (18%).

Белки зерна зернобобовых и семян масличных культур по амино-кислотному составу близки к глобулинам, так как на 60-70% состоят из

3. Средний аминокислотный состав белков

некоторых растительных продуктов (%)* .

Аспарагиновая кислота 5,3 6,0 8,4 10,0 7,2

Глутаминовая кислота 30,4 23,8 21,3 11,5 15,0

Фенилаланин 4,3 4,1 5,8 6,8 4,9

Цистин (цистеин) 2,2 2,3 2,5 0,9 0,8

*Вследствие потерь при гидролизе выход аминокислот не равен 100%.

этих белков. Аминокислотный состав белков клубней картофеля, корне-плодов, овощей, плодов и ягод, вегетативной массы растений довольно близок к альбуминам и глобулинам, поскольку эти белки составляют 65-75% общей массы белков указанных растительных продуктов.

Растительные белки — источники незаменимых аминокислот для человека и сельскохозяйственных животных, так как являются основными компонентами пищи или корма. Под действием пищеварительных фер-ментов белки корма гидролизуются до аминокислот, которые затем по-ступают в кровь и используются для синтеза белков организма животных.

Потребность животного организма в незаменимых аминокислотах определяется средним аминокислотным составом синтезируемых белков и, кроме того, учитывается коэффициент использования каждой амино-кислоты, зависящий от химического состава корма, а также особенностей пищеварительной системы и обмена веществ организма данного вида животных. Этот показатель обычно выражают в г в расчете на 100 г белка корма и он выражает необходимую пропорцию аминокислот в кормовом белке.

Если содержание незаменимых аминокислот в кормовом белке точно соответствует установленной пропорции (то есть потребности), то все они

4. Аминокислотный состав очищенных растительных протеинов (%).

Аспарагиновая кислота 4,6 10,9 12,2 4,9 7,6

Глутаминовая кислота 21,2 14,0 20,8 23,4 17,7

Изолейцин 3,1 3,3 5,1 3,3 5,8 4,2

Лейцин 6,0 6,5 6,3 18,6 9,3 4,8

Метионин 1,7 1,1 1,3 0,9 1,9 2,2

Треонин 4,6 5,1 4,5 2,8 4,1 2,8

Триптофан 1,5 1,1 1,4 0,1 1,2 1,4

Фенилаланин 3,3 4,5 4,9 6,9 5,6 2,8

Цистин (цистеин) 2,4 2,3 1,4 1,0 0,5

полностью используются для синтеза белков животного организма и такой кормовой белок называют полноценным. Если же в кормовом белке хотя бы одной аминокислоты содержится недостаточно, то она будет лимитировать синтез белков в животном организме и для образования определённой массы животного белка потребуется восполнять недостаток этой аминокислоты добавлением дополнительного количества корма, что вызы-вает перерасход корма и увеличение затрат на создание одной единицы животноводческой продукции. Кроме того, другие аминокислоты в таких условиях оказываются в избытке и должны превращаться в организме в другие органические вещества. Кормовые белки с низким содержанием незаменимых аминокислот принято называть неполноценными белками.

По средним нормам питания человеку необходимо потреблять 8-10 г полноценного белка в расчете на 1 МДж обменной энергии, содержащейся в пище, коровам — 8-12 г, свиньям — 10-14 г, птице — 12-15 г. (Обменная энергия — часть общей энергии, доступная для использования в процессе обмена веществ организма).

Для каждого вида организмов с учетом их возраста и физиологи-ческого состояния определены оптимальные нормы содержания незаме-нимых аминокислот в кормовых белках. Наиболее часто в качестве эталона полноценных пищевых и кормовых белков используются нормативы, разработанные экспертами Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). В таблице 4 приведен эталон аминокислотной шкалы, рекомендуемый ФАО/ВОЗ для кормовых белков при кормлении крупного рогатого скота. Пищевая биологическая ценность такого белка принимается за 100%, а другие белки в опытах или с помощью расчетов сравнивают с эталоном.

Более высокую биологическую ценность имеют белки животного происхождения: белок яйца и казеин молока — 100%, белки мяса и рыбы — 95%. Из растительных белков наиболее полноценными являются альбу-мины, их биологическая ценность составляет 85-95%. В альбуминах имеется некоторый дефицит по содержанию метионина и изолейцина. Биологическая ценность глобулинов составляет 80-90%, в них имеется значительный дефицит по метионину и меньший — по изолейцину и триптофану. Последнее не относится к глобулинам сои, в которых отмечается лишь некоторый недостаток метионина.

Биологическая ценность глютелинов — 70-80%, в них понижена кон-центрация триптофана, метионина и лизина. Меньший дефицит по указанным аминокислотам имеют оризенины, у которых биологическая ценность составляет около 90%. К неполноценным белкам относятся проламины, имеющие биологическую ценность 40-50%. В этих белках очень мало содержится триптофана, лизина и метионина и понижена концентрация валина и изолейцина.

Проламины — специфические белки зерна злаковых растений, поэтому у них суммарный белок зерновок так же, как и проламины, имеет довольно низкую биологическую ценность: белок зерна кукурузы — 52-58%, пшеницы, ячменя и проса — 60-70%, ржи и овса — 70-75%. Суммарные белки зерна зернобобовых и семян масличных культур, клубней картофеля, корнеплодов, овощей, плодов и ягод, а также вегетативной массы кормовых трав и других растений вследствие повышенной концентрации глобулинов и альбуминов характеризуются довольно высокой биологической ценностью — 80-90%.

Для оценки биологической ценности белков очень часто используют показатель — индекс незаменимых аминокислот, который рассчитывают по формуле:

где числитель — содержание незаменимых аминокислот в оцениваемом белке, знаменатель — содержание тех же аминокислот в эталонном белке (по ФАО/ВОЗ), n — число аминокислот, 100 — пересчет в проценты.

Указанный способ определения биологической ценности белков удобен тем, что позволяет использовать данные аминокислотного анализа.

Более точные результаты по оценке биологической ценности белков дают методы, основанные на использовании живых организмов. Одним из таких методов является расчет показателя «эффективность белка», который выражается отношением привеса животных к массе потреблённого кормового белка. В этом случае оценка биологической ценности белка производится по интенсивности роста опытных животных.

Для взрослых животных биологическую ценность белка корма оп-ределяют по методу Томаса и Митчелла, который основан на учете отно-шения азота корма, отложенного в теле животного, к общему количеству переваренного азота.

Если содержание белков в растительной массе, используемой для кормления животных, ниже, чем требуется по нормам кормления, то во избежание перерасхода корма и повышения себестоимости животновод-ческой продукции количество белка в корме балансируют путем введения белковых добавок с повышеным содержанием незаменимых аминокислот. По такому же принципу контролируется содержание в кормовом белке незаменимых аминокислот, недостающее до нормы количество какой-либо аминокислоты балансируют добавлением в корм чистых препаратов дефицитных аминокислот или белковой массы с более высоким содер-жанием данной аминокислоты по сравнению с принятым эталоном.

В нашей стране и за рубежом разрабатываются и реализуются научные программы, связанные с созданием новых генотипов растений, отлича-ющихся повышенным содержанием белков с улучшенным аминокислотным составом. Примером тому может служить создание высоколизиновых гибридов кукурузы, у которых уровень урожайности примерно такой же, как и у обычных гибридов, однако в их зерновках накапливается больше белков с повы-шенным содержанием лизина (на 50-80%) и триптофана (на 30-50%).

Высоколизиновые гибриды кукурузы получены от скрещивания обычной кукурузы с генотипами, имеющими гены Опейк-2 и Флаури-2, которые вызывают изменение состава белков зерна: массовая доля спир-торастворимых белков-зеинов, имеющих низкую биологическую ценность, снижается в 2,5-3 раза, а доля других белков (альбуминов, глобулинов и глютелинов) возрастает. В результате таких изменений белкового комплекса зерна биологическая ценность суммарного белка зерна значительно повышается. Использование зерна высоколизиновой кукурузы для кормления животных позволяет существенно повысить их продуктивность и сократить затраты кормового белка на создание одной единицы животноводческой продукции на 20-25%.

Во многих лабораториях проводится селекционно-генетическая работа по улучшению аминокислотного состава белков зерна ячменя на основе скрещиваний с высоколизиновыми формами Хайпроли и Ризо 1508, а также поиск генетических источников высокого содержания белков с улучшенным аминокислотным составом для пшеницы, проса, тритикале и других злаковых культур.

Определенные надежды возлагают на новые методы создания ценных генотипов растений, основанные на использовании достижений гене-тической и клеточной инженерии. Так, например, путем направленного мутагенеза в ген спирторастворимого белка зерна кукурузы α-зеина введены дополнительные кодоны лизина и в результате включения такого модифицированного гена в генотип кукурузы были получены линии с повышенным содержанием лизина в белках зерна.

В 1986 г. Дж.М.Джейнс с помощью ферментов синтезировал ген, кодирующий структуру белка с высокой концентрацией незаменимых аминокислот (80%). В настоящее время разрабатываются способы вве-дения этого гена в генотипы злаковых растений.

Вопросы для повторения:

1. Каковы основные характеристики моноаминомонокарбоновых, моноаминодикарбоновых и диаминомонокарбоновых кислот? 2. Какие стереоизомеры аминокислот синтезируются в живых организмах? 3. В чём состоят структурные и биологические особенности протеино­генных аминокислот? 4. Что выражает понятие «незаменимые амино­кислоты»? 5. В виде каких форм находятся аминокислоты в растворе и как они взаимо-действуют с кислотами, основаниями, азотистой кислотой, формальдегидом? 6. Какие образуются продукгы при взаимо­действии аминокислот с редуцирующими сахарами и кислородом воздуха и как они влияют на товарные свойства растительной продукции? 7. В зависимости от каких факторов изменяется концентра­ция аминокислот в растительных тканях? 8. Из каких структурных компонентов состоят ри-бонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды? 9. Какие конформации молекул имеют разные нуклеотиды? 10. Как образуются нуклеозиды и их фосфорнокислые эфиры? 11. Каковы химические свойства нуклеотидов и какие они выполняют биологические функции? 12. Как называют нуклеотиды и их ди- и трифосфаты? 13. Каковы структурные особенности пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеотидов? 14. Каковы функции белков в живых организмах и сколько их содержится в различных растительных продуктах? 15. В чём состоят основные положения полипептидной теории стоения белков? 16. Чем отличаются белки от пептидов? 4. Какие имеются сведения о первичной структуре белков? 17. Как формируется вторичная, третичная и четвертичная структура белков? 18. В чём состоят особенности структуры олигомерных белков? 19. Чем отличаются нативная и денатурированная конформации белковых молекул? 20. Какие известны катализаторы формирования пространственной структуры полипеп-тидов? 21. Как происходит денатурация белков? 22. Как определяются размеры и форма белковых молекул и какие имеются сведения об этих показателях? 23.Какие применяются методы изучения физико-химических свойств белков? 24. Какие принципы положены в основу классификации белков и какие известны разновидности белковых групп в соответствии с современной классификацией? 25. Как определяют аминокислотный состав белков? 26. Как различаются растительные белки по содержанию аминокислот? 27. Как определяют биологическую полноценность белков? 28. Какие имеются сведения о биологической ценности растительных белков? 29. Какие разрабатываются методы создания генотипов растений с повышенным содержанием незаменимых аминокислот в белках?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8921 — | 7216 — или читать все.

источник