Глава 3. Физика белка.

3.1. Общая характеристика белков

Белки - это сложные макромолекулярные структуры, нерегулярные полимеры, построенные из остатков аминокислот. В общем виде, в водном растворе при нейтральном рН, аминокислоты имеют вид типа:

Их структура и структура надмолекулярных комплексов определяется ковалентными химическими связями и слабыми взаимодействиями.

Нативные белки никогда не являются статистическими клубками. Физики их считают апериодическими кристаллами сложной структуры. Их поведение зависит от положения и свойств всех элементов молекул, т.е. существенно зависит от той конформации, в которой находится белковая молекула. В организме человека ~10⁵ видов белков. Это странно, т.к. число генов приблизительно несколько десятков тысяч (один белок кодируется одним геном).

Изучая химический состав белков, мы узнаем, из каких химических элементов они состоят. Анализ показал: во всех белках примерно 50-55% углерода, 21-23% кислорода, 15-17% азота, 6-7% водорода, 0.3-2.5% серы. В составе больших белков обнаружены: фосфор, йод, железо и др. макро- и микроэлементы в разных количествах. Содержание основных химических элементов белка может различаться за исключением азота, т.к. концентрация азота постоянна и равна примерно 16%. Содержание азота в других органических веществах мало, поэтому предложили определять количество белка по входящему в его состав азоту. Зная, что 1г азота содержится в 6.25г белка, найденное количество азота умножают на 6.25.

Для определения химической природы белка, его разделяют на мономеры и выясняют их химический состав. Расщепление белка на составные части производят с помощью гидролиза (кислотного или щелочного). Кислотный гидролиз – это длительное кипячение белка с сильными кислотами. Чаще всего кипятят белок с HCL при 100ºС в течение 24 часов.

2-ой этап: хроматография – это разделение веществ, входящих в состав гидролизата. Аминокислотный состав определяют с помощью анализа радикалов (гораздо сложнее определить их последовательность).

Функционирование белка связано с определенной конформацией. Нарушение в одном звене молекулы белка обязательно приведет к изменению её конформации. Денатурация – это необратимое разрушение белка. Ренатурация - это восстановление белка.

Задачи физики белков.

1) изучение структуры белка и надмолекулярных комплексов.

2) исследование динамического поведения белков (в том числе изучение денатурации).

3) установление связи между первичной структурой и структурами белков более высокого порядка.

4) изучение взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами.

5) изучение физики возникновения и эволюции белков.

6) изучение физических аспектов белковой изомерии.

7) изучение методов получения белков с заданными свойствами

8) изучение физических механизмов, лежащих в основе различных биологических функций.