Биологическая химия - часть 17

ХИМИЯ ПРОСТЫХ БЕЛКОВ

Протамины и гистоны. Данная группа белков отличается рядом характер-

ных физико-химических свойств, своеобразием аминокислотного состава

и представлена в основном белками с небольшой молекулярной массой.

Протамины обладают выраженными основными свойствами, обусловлен-

ными наличием в их составе от 60 до 85% аргинина. Так, сальмин,

выделенный из молок семги, состоит на 85% из аргинина. Высоким

содержанием аргинина отличается другой хорошо изученный белок – клу-

пеин, выделенный из молок сельди: из 30 аминокислот в нем на долю

аргинина приходится 21 остаток. Расшифрована первичная структура клу-

пеина. Протамины хорошо растворимы в воде, изоэлектрическая точка их

водных растворов находится в щелочной среде. По современным представ-

лениям, протамины скорее всего являются пептидами, а не белками,

поскольку их молекулярная масса не превышает 5000. Они составляют

белковый компонент в структуре ряда сложных белков.

Гистоны также являются белками основного характера. В их состав

входят лизин и аргинин, содержание которых, однако, не превышает

20–30%. Молекулярная масса гистонов намного больше нижнего предела

молекулярной массы белков. Эти белки сосредоточены в основном в ядрах

клеток в составе дезоксирибонуклеопротеинов и играют важную роль

в регуляции экспрессии генов (см. главы 2 и 3).

Проламины и глютелины. Это белки растительного происхождения,

отличаются своеобразием аминокислотного состава и физико-химических

свойств. Они содержатся в основном в семенах злаков (пшеница, рожь,

ячмень и др.), составляя основную массу клейковины. Характерной особен-

ностью проламинов является растворимость в 60–80% водном растворе

этанола, в то время как все остальные простые белки в этих условиях

обычно выпадают в осадок. Наиболее изучены оризенин (из риса), глюте-

нин и глиадин (из пшеницы), зеин (из кукурузы), гордеин (из ячменя) и др.

Установлено, что проламины содержат 20–25% глутаминовой кислоты

и 10–15% пролина.

Альбумины и глобулины. Эти белки относятся к белкам, широко рас-

пространенным в органах и тканях животных. Наиболее богаты ими белки

сыворотки крови, молока, яичный белок, мышцы и др. В плазме крови

человека в норме содержится около 7% белков, представленных преиму-

щественно альбуминами и глобулинами. Альбумины и глобулины – это

глобулярные белки, различающиеся по растворимости (табл. 1.6).

Необходимо отметить, что само определение «альбумины» и «глобули-

ны» основано на их растворимости в дистиллированной воде и полунасы-

Таблица 1.6. Растворимость альбуминов и глобулинов

Растворитель

Дистиллированная вода

Слабые солевые растворы NaCl

Насыщенный раствор Na

2

SO

4

Насыщенный раствор NaCl

Полунасыщенный раствор (NH

4

)

2

SO

4

Насыщенный раствор (NH

4

)

2

SO

4

Альбумины

Растворимы

»

»

»

»

Нерастворимы

Глобулины

Нерастворимы

Растворимы

Нерастворимы

»

»

»

73

щенном растворе (NH

4

)

2

SO

4

. Однако, как показывают данные табл. 1.6,

глобулины растворимы только в разбавленных солевых растворах.

Различную растворимость альбуминов и глобулинов сыворотки крови

раньше широко использовали в клинической практике для их фракциониро-

вания и количественного определения (см. главу 17).

В настоящее время качественный состав и содержание сывороточных

белков определяют с помощью электрофореза на бумаге и в полиакрил-

амидном геле в небольшом количестве сыворотки крови. Типичная электро-

фореграмма белков сыворотки крови, а также соотношение отдельных

фракций представлены в главе 17. Альбумины и глобулины отличаются

друг от друга также по молекулярной массе – соответственно 40000–70000

и 150000 и более.

Из сыворотки крови не только выделен альбумин в чистом виде, но

и определена первичная структура его единственной полипептидной цепи

(575 аминокислотных остатков). Альбумин имеет относительно низкую

изоэлектрическую точку (4,7) и высокий отрицательный заряд при рН 8,6,

благодаря чему он мигрирует с большой скоростью в электрическом поле

к аноду. Принято считать, что примерно 75–80% осмотического давления

белков сыворотки крови приходится на альбумины; кроме того, основной

функцией их считают транспорт жирных кислот. Однако точная функция

альбуминов не совсем ясна. Известны случаи, когда у некоторых людей

в крови фактически отсутствуют альбумины (врожденная аномалия), но они

практически здоровы.

Глобулины, представленные α

1

-фракцией, содержатся в крови в комп-

лексе с билирубином и с липопротеинами высокой плотности. Глобулины,

мигрирующие при электрофорезе в виде α

2

-фракции, содержат глобулин

и неизвестный гликопротеин. β-Глобулины включают ряд важных в функ-

циональном отношении белков, в частности трансферрин – белок, ответст-

венный за транспорт железа. С этой же фракцией связан церулоплазмин –

белок, транспортирующий ионы меди. Отсутствие этого белка приводит

к развитию гепатоцеребральной дистрофии, при которой наблюдается

отравление организма ионами свободной меди. В основе болезни лежит

врожденный дефицит синтеза церулоплазмина. Наконец, во фракции β-

глобулинов содержится протромбин, являющийся предшественником тром-

бина – белка, ответственного за превращение фибриногена крови в фибрин

при свертывании крови.

Фракция γ-глобулинов является наиболее гетерогенной. Известно мно-

жество антител, различающихся первичной структурой. Электрофоретиче-

ски они открываются главным образом в γ-глобулиновой и частично

в β

2

-глобулиновой фракциях. Структура и функция γ-глобулинов более

подробно рассмотрены далее (см. главу 2, «Гликопротеины»).

ПРИРОДНЫЕ ПЕПТИДЫ

В последние годы значительно повысился интерес к структуре и функциям

встречающихся в свободном состоянии в организме низкомолекулярных

пептидов, выполняющих ряд специфических биологических функций. Ко-

роткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот, принято называть

о л и г о п е п т и д а м и ; в то же время  п о л и п е п т и д ы и белки считаются

взаимозаменяемыми, хотя термином «полипептиды» чаще обозначают

продукты с мол. м. менее 10000. В некоторых биоактивных пептидах

имеются необычные аминокислоты, не встречающиеся в природных белках,

или производные обычных аминокислот (гормоны, антибиотики). Мнение

74

о том, что пептиды могут играть роль промежуточных продуктов на пути

синтеза белка, не подтвердилось, поскольку, как показано в главе 14, этот

процесс во всех клетках у всех живых организмов осуществляется de novo

матричным путем.

Природные пептиды, наделенные биологической активностью, в зависи-

мости от характера действия и происхождения принято делить на 4 группы:

1) пептиды, обладающие гормональной активностью (вазопрессин, окси-

тоцин, кортикотропин, глюкагон, кальцитонин, меланоцитстимулирующий

гормон, рилизинг-факторы гипоталамуса и др.; см. главу 8); 2) пептиды,

принимающие участие в процессе пищеварения (в частности, гастрин

и секретин; см. главу 12); 3) пептиды, источник которых – α

2

-глобулиновая

фракция сыворотки крови (такие, как ангиотензин, брадикинин и каллидин);

4) нейропептиды.

В последнее время выяснены некоторые закономерности синтеза фи-

зиологически активных пептидов из биологически инертных предшествен-

ников – белков в результате процесса, называемого посттрансляционной

модификацией (постсинтетические превращения белковой молекулы). Из-

вестно, например, что ангиотензины (представленные октапептидами),

оказывающие выраженное сосудосуживающее действие, образуются из

присутствующего в сыворотке крови неактивного белка ангиотензиногена

в результате последовательного действия ряда протеолитических фермен-

тов (ренина и особого фермента, участвующего в превращении неактивного

ангиотензина I в активный ангиотензин II).

К группе вазоактивных (оказывающих влияние на тонус сосудов) пепти-

дов относятся, кроме того, широко применяемые в медицинской практике

брадикинин и каллидин.

Брадикинин представляет собой нонапептид:

H–Apг–Про–Про–Гли–Фен–Сер–Про–Фен–Apг–ОН.

Каллидин представлен декапептидом, образующимся из неактивного

плазменного белка кининогена, и отличается от брадикинина присутствием

на N-конце еще одного аминокислотного остатка (Лиз):

Н–Лиз–Арг–Про–Про–Гли–Фен–Сер–Про–Фен–Apг–ОН.

75

АНГИОТЕНЗИНОГЕН (неактивный)

АНГИОТЕНЗИН I (неактивный)

Ренин

Карбокси-

катепсин

АНГИОТЕНЗИН II (активный)

Асп-Арг-Вал-Тир-Иле-Гис-Про-Фен

Совсем недавно из экстрактов ткани предсердия (но не из желудочков

сердца) человека и животных были выделены биологически активные

пептиды, регулирующие тонус сосудистой системы и электролитный обмен.

Физиологический эффект их оказался противоположным влиянию системы

ренин–ангиотензин–альдостерон. Он выражается в сосудорасширяющем

действии, усилении клубочковой фильтрации и стимуляции выведения

натрия и хлоридов за счет угнетения их реабсорбции в канальцах. Эти

пептиды получили название  а т р и о п е п т и д о в (от лат. atrio – предсердие).

Они построены из разного числа аминокислот (от 23 до 100), но обязатель-

ным условием для проявления биологического эффекта является наличие

в молекуле 17-членной кольцевой структуры, образующейся за счет дисуль-

фидной связи между остатками цистеина.

Внутриклеточным посредником действия атриопептидов оказался цик-

лический гуанозинмонофосфат (цГМФ), синтез которого осуществляется

в результате активирования мембранного фермента гуанилатциклазы;

действие аденилатциклазы, напротив, тормозится под влиянием атриопеп-

тидов.

Во всех животных тканях и в некоторых растениях широко распростра-

нен низкомолекулярный трипептид  г л у т а т и о н , функции которого пока не

выяснены достаточно полно, хотя он открыт сравнительно давно. Глута-

тион представляет собой атипичный трипептид (в котором в образовании

одной из пептидных связей участвует не α-карбоксильная, а γ-карбок-

сильная группа глутамата) следующего строения: γ-глутамил-цистеинил-

глицин:

Цистеин является составной частью глутатиона, поэтому последний

может находиться в восстановленной (SH) и в окисленной (S-S) формах

(сокращенно обозначаются Г-SH и Г-S-S-Г), что, по-видимому, имеет

отношение к биологической роли глутатиона в организме.

Интерес к природным пептидам в значительной степени обусловлен

необычно высокой их биологической активностью. Они оказывают мощное

фармакологическое действие на множество физиологических функций орга-

низма. В то же время были замечены низкая стабильность и быстрый

распад их в организме при физиологических значениях рН среды. Все это

способствовало развитию исследований как в области препаративного

выделения природных пептидов из органов и тканей (включая получение

биологически активных пептидов из предшественников методами ограни-

ченного протеолиза ряда хорошо известных гормонов), так и в области

химического синтеза. Получение ряда биологически активных нейропепти-

дов из гормонов гипофиза, в частности эндорфинов и энкефалинов, наде-

ленных мощным обезболивающим действием (путем связывания рецепто-

ров определенных клеток мозга), в сотни и тысячи раз превосходящим

аналгезирующий эффект морфина, описано в главе 8.

Из ткани мозга выделен также δ-пептид сна; ряд других нейропептидов

принимает участие в биохимических механизмах памяти, страха, обучения

и т.д. Для повышения стабильности пептидов при введении в организм

предприняты попытки химического синтеза пептидов, в которых один или

76

Глутатион (восстановленный)