Химическая формула белка: подробности

Для полноценной жизни человеку нужны белки, жиры, углеводы. Формула белковой молекулы имеет сложное строение. Рассмотрим особенности состава, а также значение белковых соединений для живого организма.

Исследования

Белки имеют особое значение для жизнедеятельности организмов. В пересчете на сухую массу их процентная концентрация оценивается в 60%. У каждого такого соединения есть свои физические свойства. Структурная формула белков отражается на их химических свойствах, а также на биологическом значении.

Фундаментальные исследования структуры и значимости белковых молекул проводились со второй половины девятнадцатого века. Ученые систематически выявляют новые отличительные характеристики белковых соединений, продумывают области их применения. Существует наука протеомика, в которой изучается формула белка, его особенности.

Пептиды и белки создают уникальный мир, изучением которого занимаются различные естественные науки.

Особенности класса

Белки являются высокомолекулярными соединениями, в составе которых есть азот. Их молекулы выстроены из остатков различных аминокислот, соединенных друг с другом амидными связями.

Формирование представлений о строении белковых молекул

Первые попытки понять, как выглядит структура белков, формула этих соединений, были сделаны еще в XVIII-XIX веках. Именно в этот исторический период из мышц, крови, молока были выделены вещества, обладающие сходными свойствами. Полученные соединения свертывались при высоких температурах, в воде образовывали вязкие и клейкие растворы, при их сгорании ощущался запах натуральной шерсти.

В 1728 году Беккари удалось выделить из обычной пшеничной муки вещество, которое назвали клейковиной. Формула белка была неизвестна, но он был по свойствам сходен с яичным белком.

Разложение белковых молекул сыграло важную роль в изучении их структуры. Браконно провел многочасовое разложение тканей животных в кислой среде. После нейтрализации смеси им был получен фильтрат, в процессе выпаривания которого был получен гликоген. Исследователю удалось выделить из белковой молекулы первую аминокислоту.

Химическая формула белка была выявлена только 1846 году. После многочисленных экспериментов в составе этих органических соединений были обнаружены сера, углерод, фосфор, азот.

Голландским врачом и химиком Мульдером была предложена протеиновая теория, определена формула белка.

Теории строения белковых молекул

После исследований элементарного состава была определена формула белка, представленная в виде смеси радикалов и аминогрупп. После детального изучения продуктов, образующихся при процессе гидролиза белков, химику Данилевскому удалось выявить присутствие в их соединениях пептидной (амидной связи).

Немецкий химик Фишер выдвинул смелую теорию, названную элементарными рядами, получив яичный альбумин. Именно его считают «отцом химии белковых соединений».

Исследования немецкого ученого помогли понять, какое строение имеет белок. Формула химическая этих соединений им не была установлена, но именно Фишер подтвердил линейное расположение в структуре белковых молекул аминокислотных остатков.

Ему удалось объяснить и многообразие этих высокомолекулярных соединений с помощью различного расположения аминокислотных фрагментов в биополимере.

Для выявления величины молекулярной массы белковых соединений была использована центрифуга. Ученым удалось не только выделить ферменты из семян канавалии, но и получить кристаллы трипсина и пепсина.

В середине прошлого века Полингом была разработана модель вторичной белковой структуры, которую назвали альфа-спиралью. Постепенно были расшифрованы третичные структуры инсулина, гемоглобина, осуществлен синтез инсулина.

Особенности структуры белков

В настоящее время никто из биохимиков не сомневается в том, что белки являются основой структуры живых организмов. Они характеризуются высокой упорядоченностью, разнообразием. Движение, сокращение мышц является результатом работы белковых молекул. Жизнь невозможна без полноценного обмена веществ, происходящего в организмах. Деятельность всех обменных процессов регулируется белками-ферментами.

В природе существует порядка 1012 разных белков, которые обеспечивают функционирование 106 видов организмов, имеющих разное строение. Такое многообразие белковых молекул допускает разнообразные варианты сочетания аминокислотных остатков, индивидуальные для каждого живого организма.

Например, клетка Е. coli включает порядка трех тысяч разных белков, а нашем организме насчитывается порядка пятидесяти тысяч белковых молекул. В природных биополимерах находится множество сравнительных простых структур, которые представлены аминокислотами, которые объединены полипептидными связями.

Какова формула белков? Химия не дает однозначного ответа на этот вопрос. Выделяют двадцать важнейших аминокислот, которые объединяются между собой в разной последовательности, формируя различные белковые молекулы.

Например, если есть две исходные аминокислоты, то можно сформировать только два варианта пептидов. При наличии четырех исходных мономеров можно получить двадцать четыре изомера.

При сочетании двадцати аминокислот образуется 2,4 на 1018 формул соединений. В природе не существует каких-либо случайных сочетаний, каждый вид характеризуется специфическим набором белков, который считают наследственной информацией, которая закодирована в структуре ДНК.

Благодаря той информации, которая зашифрована в первичной структуре белковой молекулы, можно осуществлять синтез белков. Линейная полипептидная цепочка самопроизвольно скручивается в трехмерную структуру. Образование трехмерной структуры происходит не хаотично, а в определенном порядке, согласно информации, которая содержится в аминокислотном сочетании.

Содержание белков в живых организмах

Так как общая формула белков подтверждает наличие в них углерода, азота, кислорода, можно предположить количественное содержание этих элементов в живом организме. В организме человека максимально богаты белковыми молекулами органы и ткани. Многие из этих биополимеров растворяются в воде. Максимальное содержание белков выявлено в селезенке, легких, мышцах (около 80 процентов сухой массы).

В качестве источника белка выступают растения и микроорганизмы. Чтобы изучать особенности структуры этих высокомолекулярных соединений, их первоначально выделяют из мышц, крови, шерсти, волос.

Характерные признаки

Каков элементарный состав белковых молекул? В процентном соотношении в таких соединениях почти половину составляет углерод, примерно 20 процентов приходится на кислород, 15% составляет азот, около 7% - азот, в небольших количествах присутствует в белках сера, фосфор, магний, марганец, железо. Для азотсодержащих соединений, к которым относятся белковые молекулы, отметим:

• постоянное процентное содержание азота (около 16 процентов от сухого остатка);
• присутствие аминокислот - структурных фрагментов;
• амидные связи между аминокислотными остатками;
• высокую молекулярную массу;
• сложную структуру полипептидных связей, которая характеризует биологические и физико-химические параметры белков.

Для обнаружения мономеров используют кислотный, щелочной либо ферментативный гидролиз. Подобный прием является одним из основных вариантов проведения качественного анализа белковых молекул.

Аминокислоты: особенности, свойства

A-аминокислоты являются производными карбоновыми кислотами, где на аминогруппу замещен водородный атом.

Отметим, что подобное строение характерно для всех аминокислот, которые включены в природные белки.

Часть полипептидов состоит из одного исходного мономера, что позволяет проводить их качественный анализ. Среди специфических свойств белков необходимо упомянуть возможность к денатурации, сопровождающаяся потерей основных химико-физических параметров, а также утратой биологических функций. В этом процессе разрушаются пептидные связи, нет возможности восстановить биополимер.

Протеиногенные аминокислоты

Все аминокислоты, входящие в состав белковых молекул, называют протеиногенными.

Они относятся к L-аминокислотам, содержат аминогруппу в α-положении. Например, глицин является простейшим представителем данного класса соединений. Существует подразделение их по структуре, кислотно-основным характеристикам, биологическому действию.

Данный вариант физиологической классификации аминокислоты является условным, зависит от индивидуальных особенностей живого организма. Для полноценного роста курицы необходимы одиннадцать незаменимых аминокислот.

Те организмы, которые не сохранили в процессе эволюции незаменимых кислот, вынуждены потреблять недостающие соединения для строительства белковых молекул с пищей.

Заключение

Выделяют первичные, вторичные, третичные, а также четвертичные структуры белковых молекул, у каждого уровня есть свои отличительные характеристики. Простейшей является первичная структура, характеризующаяся сочетанием аминокислотных остатков. Вторичное строение предполагает укладку цепи в определенную последовательность с помощью водородных связей, получая спираль.

Пространственное расположение полипептидной цепочки образует третичную структуру. Белки подразделяют на глобулярные формы, имеющие эллипсовидный вид. Есть и фибриллярные, отличающиеся вытянутой формой. Некоторые биополимеры имеют и четвертичную структуру, сформированную с помощью сложных химических связей.