Cтраница 1
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 сульф-гидрильными группами. Для предотвращения этих побочных реакций обработку желательно вести либо в 1 М растворе кислоты, либо при рН 10, что не всегда благоприятно сказывается на биологической активности ряда белков. Недостаточно специфически реагируют с аминогруппами и такие реагенты, как дини-трофторбензол, 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. [1]
Поскольку химические реакции белков обусловлены наличием в их молекуле функциональных групп, характерных и для аминокислот ( карбоксильные и аминогруппы, SH-группы, ОН-груп-пы тирозина и оксякислот 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 полипептидных цепей макромолекулы. [2]
Изучение химических реакций белков проливает свет на их структуру. Способность почти всех аминокислотных остатков в белке принимать участие в химических реакциях, аналогичных реакциям аминокислот, подтверждает общепринятую в настоящее время концепцию о том, что основной ковалентной связью в белках является пептидная связь. Однако наличие экранированных групп, обнаруживаемое нрй помстщг денатурации и химических реакций, заставляет предполагать, что некоторые фенольные, сульфгидрильные и др. группы либо образуют лабильные связи, которые могут разрываться при денатурации, либо остаются стерически недоступными для химических реагентов до тех пор, пока структура белка не будет изменена. Последнее объяснение окажется, пожалуй, более приемлемым, если в дальнейших исследованиях будет вскрыта зависимость реакционной способности групп от размера молекул реагента. Тот факт, что для проявления биологической активности существенно важное значение имеет лишь часть функциональных групп определенного вида, подчеркивает сложность топографии белков. Различие в скорости реакций амино - и фенольных групп в ряде белков указывает на индивидуальные особенности структуры белка. В настоящее время не может быть сделан обобщающий вывод о важности тех или иных функциональных групп белка для обеспечения биологической активности. Поэтому для того, чтобы иметь возможность сделать подробные заключения о природе ферментативной активности или вирусного действия, следует еще очень многое изучить. [3]
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. Наконец, этим же путем удается получить модифицированные белки, которые находят широкое применение в промышленности и медицине. [4]
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. [5]
Принципы и критерии, принятые в настоящей статье для анализа химических реакций белков, в значительной степени основаны на принципах и методах, предложенных в появившихся почти одновременно фундаментальных обзорах Херриотта [18] и Олькотта и Фрегакель-Коярата [19] - В этой статье будут рассматриваться только неионные реакции, которые затрагивают главные связи боковых цепей аминокислот. Гидролиз пептидной связи и простые процессы ионизации из рассмотрения исключаются. Конечно, денатурацию можно вызвать также жесткой обработкой при помощи белковых реагентов, но основное внимание будет уделено реакциям, протекающим в мягких условиях и не Приводящим к необратимым структурным изменениям. [6]
Вообще говоря, известно очень много осадочных реакций на белок, да и других более или менее характерных частных физико-химических и химических реакций белков. [7]
В статье II Денюэлем были уже рассмотрены основные реакции карбоксильных и амимных групп аминокислот, а также некоторые специфические реакции кислых, основных, ароматических, окси - и серусодержащих аминокислот. Химические реакции белков, очевидно, аналогичны реакциям этих функциональных трупп и лишь в незначительной степени изменяются с изменением структуры белка. По этой причине многие модельные реакции, проводимые на аминокислотах с целью определения специфичности белковых реагентов, в этой статье не упоминаются. Многообразные функциональные группы различных белков сгруппированы Тристрамом в таблицы ( статья III), и содержание их можно сравнивать с количеством введенного реагента. Здесь вряд ли стоит повторять сведения о химическом строении этих групп. [8]
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. [9]
Созревание теста и развитие у него вязкоэластических свойств принято объяснять образованием белками клейковины пространственной сетки путем сшивания белковых молекул, присутствующих в отдельных частицах муки. Эти молекулы находятся в исходной муке в форме плотно свернутых клубков и удерживаются в такой конфигурации физическими силами, в частности внутримолекулярными ковалентными дисульфидными мостиками между остатками цистеина. Перемешивание теста сопровождается разрывом некоторых сравнительно слабых ко-гезионных связей ( таких, как водородные связи), что делает возможным гидратацию, набухание и развертывание молекул белков в солевом растворе теста. Это влечет за собой ряд внутри - и межмолекулярных химических реакций белков и заканчивается образованием устойчивой трехмерной структуры созревшего теста. Согласно общепринятому представлению, важнейшими из этих реакций, по-видимому, являются реакции тиол-дисульфидного и дисульфид-дисульфидного обмена. [10]