Биология. В 3-х томах. Т. 1

Молекулы белков несут значительное число положительных и отрицательных электрических зарядов. Поэтому белки, подобно аминокислотам, обладают амфотерными свойствами, и каждый из них характеризуется своей особой изоэлектрической точкой. В этой изоэлектрической точке суммарный заряд белка равен нулю. При значениях рН ниже его изоэлектрической точки белок несет суммарный положительный заряд, а при значениях рН, превышающих его изоэлектрическую точку, он несет суммарный отрицательный заряд. И в том и в другом случае этот суммарный заряд (положительный или отрицательный) одинаков для всех молекул данного белка. В результате между молекулами белка существует электростатическое отталкивание, препятствующее их слипанию. В изоэлектрической точке между молекулами белка нет электростатического отталкивания, под действием которого они стремились бы разойтись в разные стороны, и потому в изоэлектрической точке растворимость белка минимальна. Это можно хорошо проиллюстрировать на примере такого процесса, как скисание молока. Казеин — растворимый белковый компонент свежего молока. У свежего молока значение рН лежит гораздо выше изоэлектрической точки казеина. Однако, когда молоко подкисляется молочной кислотой (продуктом жизнедеятельности попавших в него бактерий), его рН снижается и достигает в конце концов изоэлектрической точки казеина (рН 4,7). В этой точке казеин выпадает в осадок в виде белых хлопьев (молоко створаживается). У большинства цитоплазматических белков изоэлектрические точки лежат несколько выше рН 6. Но поскольку рН цитоплазмы приближается к 7, эти белки находятся все же в щелочной среде по отношению к их изоэлектрическим точкам, и поэтому их суммарные электрические заряды отрицательны.

5.5.5. Денатурация и ренатурация белков

Под денатурацией подразумевают утрату трехмерной конформации, присущей данной белковой молекуле. Это изменение может носить временный или постоянный характер, но и в том и в другом случае аминокислотная последовательность белка остается неизменной. При денатурации молекула развертывается и теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию. Вызывать денатурацию белков могут следующие разнообразные факторы.

Нагревание или воздействие каких-либо излучений, например инфракрасного или ультрафиолетового. Кинетическая энергия, сообщаемая белку, вызывает сильную вибрацию его атомов, вследствие чего слабые водородные и ионные связи разрываются. Белок свертывается (коагулирует).

Сильные кислоты, сильные щелочи и концентрированные растворы солей. Ионные связи разрываются, и белок коагулирует. Длительное воздействие реагента может вызвать разрыв и пептидных связей.

Тяжелые металлы. Катионы образуют прочные связи с карбоксил-анионами и часто вызывают разрывы ионных связей. Они также снижают электрическую поляризацию белка, уменьшая его растворимость. Вследствие этого находящийся в растворе белок выпадает в осадок.

Органические растворители и детергенты. Эти реагенты нарушают гидрофобные взаимодействия и образуют связи с гидрофобными (неполярными) группами. В результате разрываются и внутримолекулярные водородные связи. Использование спирта в качестве дезинфицирующего средства основано именно на том, что он вызывает денатурацию белка любых присутствующих бактерий.

Ренатурация

Иногда денатурированный белок в подходящих условиях вновь спонтанно приобретает свою нативную структуру. Этот процесс называется ренатурацией. Ренатурация убедительно показывает, что третичная структура белка полностью определяется его первичной структурой и что сборка биологических объектов может осуществляться на основе немногих общих принципов.

5.5.6. Белковый обмен у млекопитающих

На рис. 5.40 представлена схема, иллюстрирующая пути белкового обмена у млекопитающих.

Рис. 5.40. Схема белкового обмена у млекопитающих

5.6. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты, как и белки, необходимы для жизни. Они представляют собой генетический материал всех живых организмов вплоть до самых простых вирусов.

Выяснение структуры ДНК (одного из двух существующих типов нуклеиновых кислот) открыло новую эпоху в биологии, так как позволило наконец понять, каким образом живые клетки, а значит, и организмы точно воспроизводят себя и как в них кодируется информация, необходимая для регулирования их жизнедеятельности. Из табл. 5.4 мы уже знаем, что нуклеиновые кислоты состоят из мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Из нуклеотидов строятся чрезвычайно длинные молекулы — полинуклеотиды. Чтобы понять структуру полинуклеотидов, необходимо, следовательно, сначала ознакомиться с тем, как построены нуклеотиды.

5.6.1. Строение нуклеотидов