Білок - загальна будова і властивості білків Брітаніка
Амінокислотний склад білків
Загальною властивістю всіх білків є те, що вони складаються з довгих ланцюгів α-аміно (альфа-аміно) кислот. Загальна структура α-амінокислот показана в. Α-амінокислоти називаються так, оскільки атом α-вуглецю в молекулі несе аміногрупу (―NH2); атом α-вуглецю також несе карбоксильну групу (―COOH).
У кислотних розчинах, коли рН менше 4, групи ―COO поєднуються з іонами водню (H +) і, таким чином, перетворюються в незаряджену форму ((COOH). У лужних розчинах при рН вище 9 амонійні групи (―NH + 3) втрачають іон водню і перетворюються на аміногрупи (―NH2). У діапазоні рН від 4 до 8 амінокислоти несуть як позитивний, так і негативний заряд і тому не мігрують в електричному полі. Такі структури були позначені як диполярні іони або цвіттеріони (тобто гібридні іони).
Хоча в природі, зокрема в рослинах, зустрічається більше 100 амінокислот, у більшості білків зазвичай зустрічається лише 20 типів. У білкових молекулах α-амінокислоти пов'язані між собою пептидними зв'язками між аміногрупою однієї амінокислоти та карбоксильною групою її сусіда.
Конденсація (з’єднання) трьох амінокислот дає трипептид.
Зазвичай пишуть структуру пептидів таким чином, щоб вільна α-аміногрупа (також звана N-кінцем пептиду) знаходилася зліва, а вільна карбоксильна група (кінець С) з правого боку. Білки - це високомолекулярні поліпептиди, тобто дуже великі молекули (макромолекули), що складаються з багатьох пептид-зв’язаних амінокислот. Більшість загальних містять понад 100 амінокислот, зв'язаних між собою довгим пептидним ланцюгом. Середня молекулярна маса (на основі ваги атома водню як 1) кожної амінокислоти становить приблизно 100-125; таким чином, молекулярна вага білків зазвичай знаходиться в діапазоні від 10 000 до 100 000 дальтон (один дальтон - це вага одного атома водню). Видова специфічність та специфічність органу внаслідок різниці в кількості та послідовностях амінокислот. Двадцять різних амінокислот у ланцюжку довжиною 100 амінокислот можуть бути розташовані значно більше, ніж 10 1 0 0 способами (10 1 0 0 - це номер один, за яким слід 100 нулів).
Структури загальних амінокислот
Амінокислоти, присутні в білках, відрізняються одна від одної будовою їх бічних (R) ланцюгів. Найпростішою амінокислотою є гліцин, у якій R є атомом водню. У ряді амінокислот R являє собою прямі або розгалужені вуглецеві ланцюги. Однією з цих амінокислот є аланін, у якому R є метильною групою (―CH3). Валін, лейцин та ізолейцин, з більш довгими R-групами, доповнюють ряд алкільних бічних ланцюгів. Алкільні бічні ланцюги (R-групи) цих амінокислот неполярні; це означає, що вони не мають спорідненості з водою, але певною спорідненістю один до одного. Хоча рослини можуть утворювати всі алкильні амінокислоти, тварини можуть синтезувати лише аланін і гліцин; таким чином, валін, лейцин та ізолейцин повинні бути в раціоні.
Дві амінокислоти, кожна з яких містить три атоми вуглецю, є похідними аланіну; це серин і цистеїн. Серин містить алкогольну групу (―CH2OH) замість метильної групи аланіну, а цистеїн - меркаптогрупу (―CH2SH). Тварини можуть синтезувати серин, але не цистеїн або цистин. Цистеїн зустрічається в білках переважно в окисленій формі (окислення в цьому сенсі означає видалення атомів водню), що називається цистином. Цистин складається з двох молекул цистеїну, пов’язаних між собою дисульфідним зв’язком (―S ― S―), що виникає в результаті видалення атома водню з меркаптогрупи кожного з цистеїнів. Дисульфідні зв’язки важливі в структурі білка, оскільки вони дозволяють зв’язувати дві різні частини молекули білка - і, отже, утворювати петлі в - прямих ланцюгах. Деякі білки містять невелику кількість цистеїну із вільними сульфгідрильними (―SH) групами.
Чотири амінокислоти, кожна з яких складається з чотирьох атомів вуглецю, містяться в білках; це аспарагінова кислота, аспарагін, треонін та метіонін. Аспарагінова кислота та аспарагін, які містяться у великих кількостях, можуть синтезуватися тваринами. Треонін і метіонін не можуть бути синтезовані і, отже, є незамінними амінокислотами; тобто вони повинні входити в раціон. Більшість білків містять лише невелику кількість метіоніну.
Білки також містять амінокислоту з п’ятьма атомами вуглецю (глутамінова кислота) та вторинний амін (у проліні), який є структурою з аміногрупою (―NH2), зв’язаною з бічним алкільним ланцюгом, утворюючи кільце. Глутамінова кислота та аспарагінова кислота - це дикарбонові кислоти; тобто вони мають дві карбоксильні групи (―COOH).
Глютамін подібний до аспарагіну тим, що обидва є амідами відповідних форм дикарбонової кислоти; тобто вони мають амідну групу (―CONH2) замість карбоксилу (―COOH) бічного ланцюга. У більшості білків багато глутамінової кислоти та глутаміну; наприклад, у рослинних білках вони іноді містять більше третини присутніх амінокислот. І глутамінова кислота, і глутамін можуть синтезуватися тваринами.
| * Кількість грамових молекул амінокислоти на 100 000 грамів білка. | ||||||
| ** Значення аспарагінової кислоти та глутамінової кислоти включають аспарагін та глутамін відповідно. | ||||||
| *** Ізолейцин плюс лейцин. | ||||||
| лізин | 60,9 | 4.45 | 19.9 | 27.4 | 6.2 | 85 |
| гістидин | 18.7 | 11.7 | 18.6 | 4.5 | 19.7 | 15 |
| аргінін | 24.7 | 15.7 | 99,2 | 47.1 | 56,9 | 41 |
| аспарагінова кислота ** | 63.1 | 10.1 | 99,4 | 51.9 | 51,5 | 85 |
| треонін | 41.2 | 17.6 | 31.2 | 19.3 | 55,9 | 41 |
| серин | 63.1 | 46.7 | 55.7 | 41,0 | 79,5 | 41 |
| глутамінова кислота ** | 153.1 | 311,0 | 144,9 | 76.2 | 99,0 | 155 |
| пролін | 71.3 | 117,8 | 32.9 | 125.2 | 58.3 | 22 |
| гліцин | 37.3 | - | 68,0 | 354,6 | 78,0 | 39 |
| аланін | 41,5 | 23.9 | 57,7 | 115,7 | 43,8 | 78 |
| напівцистин | 3.6 | 21.3 | 10.9 | 0,0 | 105,0 | 86 |
| валін | 53,8 | 22.7 | 54.6 | 21.4 | 46.6 | 42 |
| метіонін | 16.8 | 11.3 | 16.4 | 6.5 | 4.0 | 22 |
| ізолейцин | 48,8 | 90,8 *** | 41.9 | 14.5 | 29,0 | 42 |
| лейцин | 60.3 | 60,0 | 28.2 | 59,9 | 79 | |
| тирозин | 44,7 | 17.7 | 26.9 | 5.5 | 28.7 | 18 |
| фенілаланін | 27.9 | 39,0 | 38.4 | 13.9 | 22.4 | 27 |
| триптофан | 7.8 | 3.2 | 6.6 | 0,0 | 9.6 | - |
| гідроксипролін | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 97,5 | 12.2 | - |
| гідроксилізин | - | - | - | 8,0 | 1.2 | - |
| усього | 839 | 765 | 883 | 1058 | 863 | 832 |
| середня залишкова маса | 119 | 131 | 113 | 95 | 117 | 120 |