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

Введение
Определение понятия «белок». Отличительные особенности состава, строения и свойств белков

Сложность состава, строения и функций белков такова, что даже на настоящем уровне развития биохимии четкое определение понятия «белок» связано с известными трудностями. Трудности эти и обоснование правильного определения станут понятны при последовательном рассмотрении главных особенностей состава, строения и функций белков.

Наиболее характерной особенностью элементарного состава белков является наличие довольно постоянной доли азота. В большинстве случаев его содержание находится в пределах 15—18% (в среднем 16%) от сухого веса. Относительное постоянство этого показателя позволяет использовать его для количественных определений белков (находимое при анализе количество азота умножается обычно на коэффициент 6,25). Однако для ряда белков характерны очень значительные отклонения от среднего содержания азота. Например, в протаминах — белках спермы рыб — содержание азота достигает 30%.

Обычные пределы колебаний содержания других обязательных элементов белка составляют для углерода 51—55%, кислорода — 21—23%, водорода — 6—7%, серы — 0,3—2,5%, хотя имеются отдельные исключения (например, у некоторых гистонов — белков клеточного ядра). В целом же элементарный состав, взятый независимо от других характеристических особенностей, не позволяет надежно отличить белок от ряда других азотсодержащих соединений биологического происхождения.

Обязательными компонентами белка являются аминокислоты, причем аминокислоты только L-, а не D-ряда. Однако белки нельзя определить просто как соединения аминокислот, ибо это не позволяет отличить их от полипептидов и некоторых других соединений, также содержащих аминокислоты. Характерным является основной вид связи между аминокислотами в белке — пептидная. Однако и эта особенность не позволяет отличить белки от пептидов.

Важнейшей характеристикой белков является их относительно высокий молекулярный вес — от 4—5 тысяч до многих миллионов. Приведем данные по молекулярному весу некоторых белков:

В основном это позволяет отличить их от природных полипептидов, редко имеющих молекулярный вес, превышающий 1000. Правда, полипептид глюкагон, выделенный из поджелудочной железы, имеет молекулярный вес порядка 4000, а некоторые полипептиды чрезвычайно простого состава (например, полимеры D-глютаминовой кислоты), входящие в состав таких бактерий, как картофельная и сенная палочки, — порядка 50 000. С другой стороны, молекулярный вес ряда искусственно полученных полипептидов достигает сотен тысяч, хотя к белкам относить их нельзя.* Таким образом, высокий молекулярный вес — особенность весьма важная и характерная, но все же недостаточная для вполне строгого отличия белков от природных и искусственных полипептидов.

* Заметим также, что ряд авторов считает неправильным относить к белкам некоторые сравнительно просто построенные фибриллярные белки (например, из соединительной ткани), предлагая выделять их в переходную по сложности группу протеиноидов

Большинство известных белков состоит более чем из одной полипептидной цепочки. Однако признак этот в качестве отличительного заведомо непригоден, ибо известно немало типичных белков, состоящих из единственной полипептидной цепочки (миоглобин, рибонуклеаза, трипсин и др.).

Одним из уникальных свойств белка является его способность к денатурации — утрате ряда характерных физико-химических и биологических свойств при незначительных воздействиях, не нарушающих системы пептидных связей. Следует, однако, отметить, что известно немало белков, отличающихся очень высокой устойчивостью к денатурации, например, белки термофильных бактерий, трипсин, химотрипсин и многие другие. Представляется более правильным считать денатурацию проявлением наиболее общего свойства белков. А именно, для всех белков не только при денатурации, но и при выполнении нативными белками их функций в живом организме характерна способность к существенным изменениям физико-химических и биологических свойств без одновременного изменения состава и без расщепления пептидных связей в молекуле. Примерами могут служить реакции сверхосаждения актомиозина под действием АТФ, резкие изменения активности ферментов под влиянием незначительных изменений условий среды и многие другие. Это общее свойство белков должно быть непременно признано их характерным отличием.

Особо следует отметить важнейшую функциональную характеристику значительной части белков — именно они являются основными, если не единственными, катализаторами всех химических реакций живого организма.

Нередко обращают особое внимание и на то обстоятельство, что белки, в среднем, являются количественно преобладающими компонентами живых существ (табл. 1). Например, в тканях человека белки составляют около 45% веса сухой ткани. Можно, однако, назвать немало организмов и тканей, в которых доля белка относительно очень невелика (1—4%), хотя это, разумеется, не может служить основанием для заключения о незначительной роли белка в этих объектах.

Наконец, используют иногда для определения понятия «белок» и одно из его весьма характерных частных свойств — способность к осаждению 10%-ной три хлор уксусной кислотой.

Вообще говоря, известно очень много осадочных реакций на белок, да и других более или менее характерных частных физико-химических и химических реакций белков. То обстоятельство, что в результате рассмотрения множества таких реакций останавливаются лишь на осаждаемости 10%-ной трихлоруксусной кислотой, связано, во-первых, с приложимостью этого признака ко всем известным нам белкам и, во-вторых, с чрезвычайно широким применением этой простой реакции в лабораторной практике.

Таблица 1 Содержание белка в некоторых органах и тканях животных и растений

* Средние данные для тканей различных млекопитающих.

Суммируя все изложенное выше и отбирая лишь наиболее необходимые и достаточные признаки, можно дать следующее определение.

Белки — это высокомолекулярные соединения, включающие в качестве обязательного компонента полипептид (или полипептиды) и состоящие из аминокислот, связанных друг с другом пептидными связями; характернейшей особенностью белков является способность к существенным изменениям физикохимических и биологических свойств без одновременного изменения состава и расщепления пептидных связей в молекуле.