Белки: история исследования, химический состав, свойства, биологические функции - Учебное пособие

Довольно банальными стали сейчас сообщения о революции в биологии. Бесспорным считается и то, что эти революционные изменения были связаны с формированием на стыке биологии и химии комплекса наук, среди которых центральное положение занимали и занимают молекулярная биология и биоорганическая химия. “Молекулярная биология - наука, ставящая своей целью познание природы явлений жизнедеятельности путем изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному… характерные проявления жизни… обусловлены структурой, свойствами и взаимодействием молекул биологически важных веществ, в первую очередь белков и нуклеиновых кислот” “Биоорганическая химия - наука, изучающая вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности…основные объекты биоорганической химии - биополимеры (белки и пептиды, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, липиды, полисахариды и т.д.). Из этого сопоставления становится очевидным, сколь важно для развития современной биологии изучение белков. биология белок биохимия ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЛКА 2.1 Начальные этапы в химии белка Белок попал в число объектов химических исследований 250 лет тому назад. В 1728 году итальянский ученый Якопо Бартоломео Беккари получил из пшеничной муки первый препарат белкового вещества - клейковины. Это было первое доказательство единства природы веществ растительного и животного царств. Важно отметить, что в это время, еще до появления элементного анализа, сложилось представление о том, что белки из различных источников - это группа близких по общим свойствам индивидуальных веществ. В это же время английский химик Д. Дальтон попытался изобразить первые формулы белковых веществ. В 1836 году голландец Г. Мульдер высказал предположение о том, что все белки содержат один и тот же радикал, который он назвал протеином (от греческого слова “первенствую”, “занимаю первое место”). В 1833 году немецкий ученый Ф. Розе открыл биуретовую реакцию на белки - одну из основных цветных реакций на белковые вещества и их производные в настоящее время (подробнее о цветных реакциях на стр.53). Был сделан также вывод о том, что это самая чувствительная реакция на белок, поэтому она в то время привлекла наибольшее внимание химиков. В 1836 году Т. Шванн открыл пепсин - фермент, расщепляющий белки. Однако наибольшее внимание внимание привлекли вещества, получающиеся в результате действия на белки протелитических фермнтов (протеаз, к ним относятся вышеприведенные ферменты): одни из них были фрагментами исходных молекул белка (их назвали пептонами), другие же не подвергались дальнейшему расщеплению протеазами и относились к известному еще с начала века классу соединений - аминокислот (первое аминокислотное производное - амид аспарагин был открыт в 1806 году, а первая аминокислота - цистин в 1810). Однако гипотеза было очень слабо подкреплена экспериментально, и дальнейшие исследования показали несостоятельность. 2.2 Теория “углеазотных комплексов” А.Я. Данилевского Оригинальную теорию о строении белка высказал в 80-х гг. XIX века русский биохимик А. Я. Данилевский. В начале 70-х гг. он писал А.М. Бутлерову, что “частицы альбумина есть смешанный полимерид”, что для определения белка он не находит “термина более подходящего, чем слово полимер в широком смысле”. Отдельные углеазотноаминокислотные комплекс, по Данилевскому, выглядели так: По Данилевскому углеазотные комплексы могли соединяться эфирной или амидной связью с образованием высокомолекулярной структуры. 2.3 Теория “киринов” А. Косселя Немецкий физиолог и биохимик А. Коссель, изучая протамины и гистоны, относительно просто устроенные белки, он установил, что при их гидролизе образуется большое количество аргинина. Однако эта гипотеза была высказана в 1903 году, когда Э. Фишер активно разрабатывал свою пептидную теорию, давшую ключ к тайне строения белков. 2.4 Пептидная теория Э. Фишера Немецкий химик Эмиль Фишер, уже прославившийся на весь мир исследованиями пуриновых соединений (алкалоидов группы кофеина) и расшифровкой структуры сахаров, создал пептидную теорию, во многом подтвердившуюся практически и получившую всеобщее признание еще при его жизни, за что он был удостоен второй в истории химии Нобелевской премии (первую получил Я.Г. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Доказывая пептидный тип соединения аминокислотных остатков. Кроме того Фишеру было известно, что у белков не наблюдается преобладания ни кислотных, ни основных свойств, значит, рассуждал он, амино- и карбоксильные группы в составе аминокислот в белковых молекулах замыкаются и как бы маскируют друг друга (амфотерность белков, как сказали бы сейчас). Штреккера: По реакции Штреккера удалось синтезировать аланин, серин и некоторые другие аминокислоты, а по ее модификации ( реакции Зелинского-Стадникова) как a-аминокислоты, так и их N-замещенные. Например, ученик Фишера Г. Лейкс предложил следующую модификацию для получения серина: Фишер также доказал, что белки состоят из остатков опти