"Биология. Углублённый уровень (для медицинских классов)", Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов А.М. и др. / под ред. Пасечника В.В.
Белки — биополимеры, построенные из аминокислот и выполняющие в клетке структурные, каталитические, транспортные и другие функции. Общие для аминокислот аминогруппа и карбоксильная группа позволяют соединять их в полипептидные цепи, а различия радикалов создают огромное разнообразие белков. Последовательность аминокислот образует первичную структуру, а взаимодействия между участками цепи — её пространственную форму.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Белок — биополимер, мономерами которого служат аминокислоты. В составе белков прежде всего встречаются углерод, водород, кислород и азот, иногда сера и другие элементы. Связь между составом, строением и формой белка объясняет, почему он может выполнять строго определённую функцию.
Аминокислота — органическое соединение, содержащее аминогруппу —NH₂ и карбоксильную группу —COOH. В общей формуле H₂N—CH(R)—COOH символ R обозначает радикал, то есть изменяющуюся часть молекулы. Именно сочетание общих групп и различающихся радикалов позволяет аминокислотам соединяться в разные белки.
Пептидная связь — связь между остатками аминокислот, возникающая при соединении карбоксильной группы одной аминокислоты с аминогруппой другой. Её обычно обозначают фрагментом —CO—NH—. Это основная связь, которая соединяет аминокислотные остатки в полипептидную цепь.
Первичная структура белка — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Она показывает не просто набор аминокислот, а их точный порядок от одного конца цепи к другому. По этой последовательности формируется дальнейшая пространственная организация белка.
В общей формуле аминокислоты центральный атом углерода связан с аминогруппой, карбоксильной группой, атомом водорода и радикалом R. Такое строение делает молекулу одновременно участником реакций по карбоксильной и аминогруппе. Поэтому аминокислоты могут последовательно соединяться друг с другом, образуя цепь.
Радикалы аминокислот различаются размером, составом и зарядом. Одни радикалы притягивают воду, другие избегают водного окружения, третьи могут нести заряд или образовывать дополнительные связи. Из-за этого цепь сворачивается по-разному, а сочетание радикалов создаёт огромное разнообразие белков.
При образовании пептидной связи карбоксильная группа одной аминокислоты соединяется с аминогруппой другой. От первой группы отщепляются OH, от второй — H, поэтому образуется молекула H₂O. Оставшиеся части объединяются в фрагмент —CO—NH—, а повторение реакции удлиняет полипептидную цепь.
Порядок аминокислот в цепи задаёт её первичную структуру. Даже замена одного остатка может изменить заряд, способность к взаимодействиям или место изгиба цепи. В результате белок иногда приобретает другую форму и хуже выполняет свою функцию.
Участки одной цепи взаимодействуют между собой и формируют вторичную структуру, например спираль или складчатый слой. Дальнейшая укладка всей цепи создаёт третичную структуру, а объединение нескольких полипептидных цепей — четвертичную. Эти уровни связаны: первичная последовательность определяет, какие взаимодействия возможны при сворачивании.
| Уровень структуры | Что характеризует | Что поддерживает | Особенности |
|---|---|---|---|
| Первичная | Последовательность аминокислотных остатков | Пептидные связи | Линейная запись строения цепи |
| Вторичная | Локальную укладку участков цепи | Водородные связи | Спираль или складчатый слой |
| Третичная | Пространственную форму одной цепи | Разные взаимодействия радикалов | Компактная трёхмерная структура |
| Четвертичная | Объединение нескольких полипептидных цепей | Взаимодействия между субъединицами | Есть только у многосубъединичных белков |
Таблицу удобно читать снизу вверх только для сравнения признаков, но формирование структуры идёт от первичной к более сложным уровням. Для определения уровня спросите себя, описывается ли порядок остатков, укладка одной цепи или объединение нескольких цепей.
Условие: запишите общую формулу аминокислоты и укажите, какие группы входят в её состав. Нужно показать не конкретный радикал, а общую схему, подходящую для разных аминокислот.
Ответ: общая формула — H₂N—CH(R)—COOH; в состав входят аминогруппа, карбоксильная группа, атом водорода и переменный радикал R.
Условие: изобразите образование дипептида из двух аминокислот и укажите группы, участвующие в реакции. Дипептид содержит два аминокислотных остатка, соединённых одной пептидной связью.
Ответ: образуется дипептид с фрагментом —CO—NH—, то есть пептидной связью; побочным продуктом реакции является одна молекула воды.
Условие: полипептидная цепь состоит из 12 аминокислотных остатков. Определите число пептидных связей и число молекул воды, выделившихся при образовании цепи.
Ответ: 11 пептидных связей и 11 молекул воды. Формула для линейной цепи: если остатков n, то связей и молекул воды будет n − 1.
Ошибка: считать все аминокислоты одинаковыми по составу. Общими для них являются аминогруппа и карбоксильная группа, а различаются молекулы радикалами. Проверьте себя: найдите в формуле неизменные части и отдельно обозначьте R.
Ошибка: путать аминокислотный остаток с целой аминокислотой в цепи. При образовании связи от исходных молекул отщепляется вода, поэтому в полипептиде присутствуют остатки аминокислот. Проверка проста: проследите, какие H и OH ушли в состав H₂O.
Ошибка: считать пептидную связь взаимодействием радикалов. Она формируется между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой, а радикалы влияют на последующую укладку. Ищите в цепи именно фрагмент —CO—NH—.
Ошибка: смешивать первичную структуру с пространственной формой белка. Первичная структура — это последовательность остатков, а спирали, изгибы и объединение цепей относятся к более высоким уровням. Для проверки попробуйте записать белок как последовательность букв аминокислот без изображения его формы.
До изучения белков нужно понимать строение органических молекул и знать функциональные группы. Особенно важны свойства аминогруппы и карбоксильной группы, поскольку именно они участвуют в образовании пептидной связи.
Эти знания понадобятся при изучении ферментов, выполняющих роль биологических катализаторов, и других функций белков. Они также помогут понять денатурацию, изменение пространственной формы белка и участие белковых молекул в обмене веществ.
Какие группы входят в состав аминокислоты?
В состав аминокислоты входят аминогруппа —NH₂ и карбоксильная группа —COOH. Кроме них, у центрального атома углерода находятся атом водорода и радикал R, определяющий особенности конкретной аминокислоты.
Чем аминокислоты отличаются друг от друга?
У аминокислот одинаковы основные части: аминогруппа, карбоксильная группа и атом водорода при центральном углероде. Они различаются радикалами R, поэтому имеют разные свойства и по-разному влияют на строение белка.
Как образуется пептидная связь?
Карбоксильная группа одной аминокислоты реагирует с аминогруппой другой. Отщепляются OH из карбоксильной группы и H из аминогруппы, образуется вода, а между остатками возникает связь —CO—NH—.
Почему число пептидных связей в цепи на одну меньше числа аминокислотных остатков?
В линейной цепи каждая пептидная связь соединяет соседнюю пару остатков. Поэтому для n остатков нужно соединить n − 1 пар, значит, образуется n − 1 связей и выделяется столько же молекул воды.
Чем первичная структура белка отличается от его пространственной структуры?
Первичная структура — это порядок аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Пространственная структура описывает её изгибы, укладку и объединение нескольких цепей, возникающие благодаря взаимодействиям между участками молекулы.
§ 10. Белки. Состав и структура белков
