Химия белка - Часть 1 - Общая химия белка - Ашмарин И. П 1968

Химические реакции белков, определение концевых и функциональных групп белков

С помощью химических реакций белков решается ряд практических и теоретических задач. Так, одной из них является изучение порядка чередования аминокислот в полипептидных цепях и определение их концевых групп. Обработка белка различными селективными реагентами часто применяется для идентификации структуры групп, обусловливающих его биологическую активность, т. е. для выяснения взаимосвязи между химическим строением белка и его функцией. Наконец, этим же путем удается получить модифицированные белки, которые находят широкое применение в промышленности и медицине.

Поскольку химические реакции белков обусловлены наличием в их молекуле функциональных групп, характерных и для аминокислот (карбоксильные и аминогруппы, SH-группы, ОН-группы тирозина и оксикислот и др.), то они должны быть, очевидно, аналогичны реакциям этих же групп свободных аминокислот. Однако реакционная способность полярных групп в боковых цепях белков часто бывает пониженной. Причина этого заключена в том, что функциональные группы белков часто бывают экранированы — прикрыты складками и петлями полипеитидных цепей макромолекулы.

Денатурация, нарушая исходную конформацию белка, освобождает экранированные группы и повышает его реакционную способность. Впервые это было обнаружено для SH-групп яичного альбумина. Оказалось, что денатурация, вызванная тепловой обработкой, действием соляной кислоты, спирта и раствором мочевины, а также ультрафиолетовой радиацией, приводит к выявлению SH-групп, дающих положительную нитропруссидную реакцию. Несколько позже аналогичными приемами была обнаружена экранизация дисульфидных связей, фенольной ОН-группы тирозина и индольной группы триптофана. Повышение реакционной способности ряда белков после денатурации к кетену и фтординитробензолу свидетельствовало о маскировке части основных групп. Наконец, анализ кривых титрования и изучение процесса этерификации некоторых белков указывали на экранизацию части кислотных групп.

Так как экранизация отдельных функциональных групп у различных белков, в связи с особенностями их третичной структуры, неодинакова, то и реакционная способность одних и тех же групп у них может быть различна. Естественно, что это затрудняет точное определение количества функциональных групп у определенного белка.

Химические реакции белков отличаются от реакций аминокислот и тем, что большинство реагентов на белок взаимодействуют более чем с одной функциональной группой. Например, кетен, который применяется для ацетилирования аминогрупп белка, реагирует не только с ними, но и с фенольными, и сульфгидрильными группами. Для предотвращения этих побочных реакций обработку желательно вести либо в 1 М растворе кислоты, либо при pH 10, что не всегда благоприятно сказывается на биологической активности ряда белков. Недостаточно специфически реагируют с аминогруппами и такие реагенты, как динитрофторбензол, азотистая кислота и фенилизотиоцианат, причем специфичность каждого из них оказывается различной для различных белков. Поэтому для каждого белка часто приходится подбирать такие условия, в которых специфичность реакции была бы максимальной. При этом для каждого белка необходимо испытать несколько различных реагентов.

Правда, имеются и строго специфические реагенты на отдельные функциональные группы белков. Так, весьма селективными являются большинство реагентов на SH-группы избирательно реагирует с аминогруппами уксусный ангидрид и с карбоксильными группами — этерифицирующие агенты (метиловый и этиловый спирты); селективными по отношению к ОН-группам оксикислот являются серная кислота и фосфорный ангидрид. Однако для ряда белков условия этерификации или обработка серной кислотой и фосфорным ангидридом оказываются губительными и приводят к денатурации или распаду белка. Здесь мы сталкиваемся с третьей особенностью химических реакций белков: проведение реакций в условиях, удовлетворительных для аминокислот, может привести к денатурации белка. Поэтому эти реакции приходится осуществлять возможно более мягким путем, не приводящим к необратимым структурным изменениям.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что поведение одного белка по отношению к определенному реагенту и условиям реакции не обязательно совпадает с поведением другого белка. Если в данных условиях определенные реагенты оказываются достаточно специфичными по отношению к каким-то функциональным группам белка, а сам белок не претерпевает денатурации в условиях реакции, то для другого белка эти условия могут оказаться губительными, а сам реагент может потерять свою групповую специфичность. Поэтому для нахождения оптимальных условий реакций на определенные функциональные группы необходимы предварительные опыты с каждым белком.

Ниже будут рассмотрены некоторые химические реакции белков, причем там, где это возможно, указываются селективные реагенты, условия и продолжительность реакции, лабильность образующейся связи. При этом наиболее подробно рассматриваются те условия, в которых проявляется максимальная специфичность реакции, а денатурация отсутствует.