Химия 10 класс ВФТШ 10-X-4

5. Белки


Белки

это природные полипептиды с высокими значениями молекулярной массы. Соединения, построенные из небольшого числа молекул α-аминокислот, называют пептидами, а системы, состоящие из множества соединённых между собой пептидных звеньев, – полипептидами. Условно считают, что пептиды имеют в своём составе до `100` мономерных единиц, а белки – свыше `100`.

Белки представляют собой азотсодержащие органические соединения. Их молекулярная масса составляет величину от 5 тыс. до нескольких миллионов

Строение

полиамидной цепи одинаково для белков и пептидов – она имеет неразветвленное строение и состоит из чередующихся амидных фрагментов `>bb("CO"-"NH"-)` и метиновых групп `-"CH"`. Один конец полипептидной цепи называется `N`-концом, другой `-C`-концом. Строение цепи принято записывать с `N`-конца, используя сокращённые обозначения аминокислот:

                         O               CH3NH2-CH2-C||-NH-C|H-COOH   GlyAla\begin{array}{l}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\mathrm O\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\mathrm{CH}}_3\\{\mathrm{NH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-\overset{\vert\vert}{\mathrm C}-\mathrm{NH}-\overset\vert{\mathrm C}\mathrm H-\mathrm{COOH}\;\;\;\mathrm{Gly}‐\mathrm{Ala}\end{array}

Аминокислотную последовательность называют первичной структурой белка. Сведения о составе, т. е. наборе аминокислотных остатков и последовательность их соединений в полипептидной цепи, можно получить изучением продуктов гидролиза белков. Гидролиз проводят, действуя на белки ферментами, или при кипячении их с растворами кислот или щелочей.  

Полипептидные цепи в большинстве случаев имеют спиралевидную форму. Устойчивость витков цилиндрической спирали обеспечивается многочисленными водородными связями, которые возникают между атомом кислорода карбонильной группы одного витка и водородом аминогруппы другого витка. Такое пространственное расположение полипептидной цепи называют вторичной структурой.

Цилиндрические спирали сворачиваются в клубки. В результате происходит пространственная упаковка спиралевидной полипептидной цепи с образованием глобулы. Такое образование относят к третичной структуре.

 

Молекулы белка могут состоять не только из одной, но и из нескольких полипептидных цепей. Они соединены между собой водородными и другими нековалентными взаимодействиями. Пространственное объединение (ассоциация) нескольких полипептидных макромолекул (глобул) между собой с образованием единой, сложной молекулы получило название четвертичной структуры.


Химические свойства

1. Под влиянием ряда факторов (нагревание, действие кислот, щелочей и т. д.) происходит нарушение вторичной и третичной структуры белка. Такой процесс называется денатурацией, т. е. происходит разрушение водородных связей, поддерживающих вторичную и третичную структуры молекулы, вследствие чего она теряет специфическую структуру и утрачивает биологическое действие. Сильное нагревание вызывает не только денатурацию, но и глубокое разложение белков, сопровождающееся выделением летучих продуктов.

2. Гидролиз белков – это необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот. Анализируя продукты гидролиза, можно установить состав белков. Запишем уравнения гидролиза в общем виде для дипептида:

3. Качественные реакции на белки:

а) Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии солей меди (II) в щелочном растворе.

б) Ксантопротеиновая реакция – появление жёлтого окрашивания при действии концентрированной азотной кислоты на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин и триптофан)

в) Содержание серы в белках можно доказать с помощью ацетата свинца. При нагревании раствора белка со щёлочью происходит гидролиз с последующим образованием сульфид-ионов `"S"^(2-)`, которые с катионами свинца дают чёрный осадок `"PbS"`.

Биологические функции белков

Функции белков в организме многообразны. Перечислим важнейшие из них.

1. Белки служат тем пластическим материалом, из которого построены опорные, мышечные и покровные ткани. Это так называемая структурная функция белков.

2. Белки участвуют в переносе продуктов обмена веществ. Транспортная функция белков проявляется, например, в доставке кислорода из легких в ткани (белок крови гемоглобин).

3. Одна из важнейших функций белков в организме – каталитическая. Белки, выполняющие в организме функции катализаторов, называются ферментами (энзимами). Ежесекундно в клетках протекает множество химических реакций, при этом для каждой реакции существует свой отдельный белок-катализатор.

4. Защитную функцию выполняют специфические белки (антитела). Они способны обезвреживать вирусы, бактерии, чужие клетки.

5. Белки – источник энергии. Питательная функция животных белков хорошо изучена на белке яйца, обеспечивающим рост и развитие плода; белки молока служат источником питания для новорожденного.