Файл: ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И БИОХИМИЯ.pdf

24 

3.  Восстановление  –  обратный  окислению  процесс.  Происходит 

разрыв  дисульфидных  мостиков  при  действии  водорода.  Окислитель-
но-восстановительные  реакции  играют  важную  роль  в  образовании  и 
изменениях третичной структуры белка. 

4.  Этерификация.  По  карбоксильным  и  спиртовым  группам  мо-

жет происходить образование сложноэфирных связей: 

R

NH

2

+CH

3

OH

COOH

-H

2

O

R

NH

2

COO

CH

3

Белок

Метиловый эфир белка

При взаимодействии с фосфорной кислотой образуются сложные 

белки – фосфопротеиды:  

5.  Ацилирование.  Происходит  взаимодействие  аминной  группы 

белка с карбоновой кислотой: 

NH

2

HO

C

CH

3

O

R

COOH

-H

2

O

NH

R

C

COOH

O

CH

3

Белок

+

Ацилированный
        белок

6. Амидирование – взаимодействие  карбоксильной группы  белка 

с аммиаком с возникновением амидной связи: 

R

NH

2

+NH

3

COOH

-H

2

O

R

CO

NH

2

NH

2

Белок

Амид белка

Реакция  амидирования  мышечных  белков  при  тяжёлых  мышеч-

ных нагрузках, связанных с накоплением излишков аммиака в клетках, 
может защищать их от неблагоприятного действия аммиака. 

7.  Гидролиз.  Очень  важен  для  живых  организмов  гидролиз  пеп-

тидных связей в белках. Это наиболее распространённый метод иссле-

белок 

метиловый эфир белка 

фосфорнокислый  

эфир белка 

белок 

белок 

ацилированный 

белок 

белок 

амид белка 

– 

– 

– 

 
– Н

2

О 

25 

дования  состава  белка.  Впервые  А.  Браконно  (1820),  используя  ки-
слотный  гидролиз,  выделил  из  белка  (желатина)  аминокислоту  –  гли-
цин, а Н. Любавин установил, что при ферментативном гидролизе бел-
ки распадаются до аминокислот. 

Подвергаясь  гидролизу,  белки  расщепляются  при  нагревании  с 

кислотами или щелочами, а также при обычных температурах под дей-
ствием специальных ферментов. 

Главными продуктами полного гидролиза белков являются смеси 

α

-аминокислот, но процесс протекает ступенчато, в определённых ус-

ловиях, особенно при действии ферментов. Белки, расщепляясь, внача-
ле образуют более простые, но близкие к ним по свойствам вещества – 
пептоны.  Они  являются  продуктами  неполного  гидролиза  белков  и, 
как  оказалось,  представляют  собой  смеси  различных  по  сложности 
полипептидов.  При  дальнейшем  гидролизе  из  пептонов  образуются 
ещё  более  простые  полипептиды,  дипептиды  и,  наконец, 

α

-амино-

кислоты: 

Белок 

→

 Пептоны 

→

 Дипептиды 

→

α

-аминокислоты 

H

2

N

C

H

R

1

C

O

NH

C

H

R

2

COOH

+H

2

O

H

2

N

C

H

R

1

COOH

H

2

N

C

H

R

2

COOH

Дипептид

+

Аминокислота

Аминокислота

 
Процесс  гидролиза  белков  аналогичен  ступенчатому  гидролизу 

полисахаридов,  но  конечным  продуктом  гидролиза  полисахаридов  в 
большинстве случаев является какой-нибудь один моносахарид, тогда 
как при гидролизе белков всегда образуются смеси разных аминокис-
лот. Кроме того, из сложных белков при гидролизе наряду с аминокис-
лотами  получаются  различные  небелковые  вещества:  фосфорная  ки-
слота, углеводы, некоторые гетероциклические соединения и т.п. 

8.  Качественные  реакции.  Для  идентификации  некоторых  пеп-

тидов и белков используют так называемые «цветные реакции»: 

а)  биуретовая  реакция  (общая  для  всех  белков).  Наиболее  уни-

версальная  реакция  на  пептидную  связь  –  появление  красно-
фиолетовой окраски при добавлении к раствору белка ионов меди (II) 
в щелочной среде: 

дипептид 

аминокислота 

аминокислота 

26 

O

C

NH

Prot

C

O

CH

R

NH

3

HN

CH

R

C

O

O

-

Cu(OH)

2

R

CH

C

O

NH

2

NH

Prot

C

O

N

Cu

O C O

CH

R

+

б)  нингидриновая  реакция  (общая  для  всех  белков).  Нингидрин  – 

реактив на аминокислоты. Белки часто открывают по реакциям, харак-
терным  для  отдельных  аминокислот.  Аналитический  эффект  –  синее 
окрашивание при нагревании белка с нингидрином; 

в)  ксантопротеиновая  реакция.  Появление  жёлтой  окраски  при 

обработке раствора белка концентрированной азотной кислотой свиде-
тельствует  о  присутствии  в  белке  остатков  ароматических  аминокис-
лот (тирозина и фенилаланина): 

H

3

N

+

Prot

C

O

O

-

CH

2

OH

+ HNO

3

H

3

N

+

Prot

C

O

O

-

CH

2

OH

NO

2

-H

2

O

г)  реакция  Фоля.  Серасодержащие  белки  дают  чёрное  окрашива-

ние при нагревании с раствором ацетата свинца (II) в щелочной среде: 

д) реакция Миллона. При нагревании белка, содержащего феноль-

ный  гидроксил  (тирозин),  с  нитритами  и  нитратами  ртути  образуется 
кирпично-красный осадок; 

е) реакция Сакагуши. Присутствие в белке аргинина вызывает по-

явление  красного  окрашивания  при  действии  гипохлорита  и 

α

-наф-

тола; 

ж)  реакция  Адамкевича.  В  случае  присутствия  в  составе  белка 

триптофана  на  границе  раздела  раствора  белка,  содержащего  следы 
глиоксалевой  кислоты,  и  концентрированной  серной  кислоты  появля-
ется тёмно-фиолетовое кольцо. 

– 

27 

3. ФЕРМЕНТЫ 

3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 

Ферменты – это биологические катализаторы, или энзимы. По ря-

ду признаков они резко отличаются от неорганических катализаторов. 

1.

Ферменты  по  сравнению  с  катализаторами  неорганической 

природы  «работают»  в  очень  мягких  условиях  (низкая  температура, 
нормальное давление, средние значения показателя рН среды и т.п.) и 
очень интенсивно. 

Известно, например, что ионы железа (III) каталитически ускоря-

ют  разложение  перекиси  водорода  на  воду  и  кислород.  Однако  ионы 
железа  (III)  в  составе  фермента  каталазы  действуют  в  10  млрд.  раз 
энергичнее:  всего  1  мг  железа  в  ферменте  способен  заменить  в  этой 
реакции 10 т неорганического железа. 

2.

Ферменты обладают высокой специфичностью действия, чего 

не  наблюдается  у  катализаторов  неорганической  природы.  Каждый 
фермент  каталитически  ускоряет,  как  правило,  одну  единственную 
реакцию или группу реакций одного типа. 

3.

Скорость  каждой  ферментативной  реакции  в  клетке  регули-

руема (по принципу саморегуляции), благодаря чему все соединения в 
ней возникают в строго необходимых пропорциях. 

Ферменты,  являясь  белками,  представляют  собой  высокомолеку-

лярные вещества, образующие коллоидные растворы. На поверхности 
гигантских  молекул  белков-ферментов  осуществляются  ускоряемые 
ими реакции. Здесь просматривается аналогия с гетерогенным катали-
зом.  Поверхность    глобулы  белка-фермента  неоднородна,  имеются 
химически  активные  группировки,  получившие  название  активных 
центров. Активные центры представляют собой уникальное сочетание 
определённых  аминокислотных  радикалов.  Чаще  всего  в  активных 
центрах ферментов встречаются остатки серина, гистидина, триптофа-
на,  аргинина,  цистеина,  аспарагиновой  кислоты,  глутаминовой  кисло-
ты  и  тирозина.  Радикалы  перечисленных  аминокислот  выполняют 
здесь ту же функцию, что и коферменты в составе сложного фермента. 
Аминокислотные  остатки,  образующие  активный  центр  фермента, 
расположены  в  разных  точках  единой  полипептидной  цепи.  Поэтому 
активный центр возникает в тот момент, когда белковая молекула при-
обретает присущую ей третичную структуру. 

Следовательно,  изменение  третичной  структуры  белка-фермента 

под  влиянием  тех  или  иных  факторов  может  привести  к  деформации 
активного центра и существенным образом повлиять на его каталити-
ческую активность. 

Частью активного центра фермента является особый участок − так 

называемый  субстратный  центр,  ответственный  за  присоединение  суб-
страта, подвергшегося ферментативному превращению. Часто этот уча-

28 

сток называют «якорной площадкой» фермента, где, как судно на якорь, 
закрепляется субстрат (вещество, на которое действует фермент). 

Другой  участок  активного  центра,  выполняющий  собственно  ка-

талитическую функцию, называется каталитическим центром. 

Кроме активного центра,  включающего субстратный и  каталити-

ческий  центры,  различают  ещё  один  центр  –  аллостерический.  Алло-
стерический  центр  представляет  удалённый  от  активного  центра  уча-
сток  молекулы  фермента,  присоединение  к  которому  определённого 
низкомолекулярного вещества (аллостерического эффектора) изменяет 
третичную  структуру  белковой  молекулы.  Как  следствие,  изменяется 
структура активного центра, что изменяет каталитическую активность 
фермента. 

Большая  группа  ферментов  относится  к  классу  простых  белков. 

Они не содержат в своём составе небелковых компонентов – это одно-
компонентные  ферменты  (например,  пепсин,  трипсин).  У  них  актив-
ный  центр  образуется  при  скручивании  пептидных  цепей  и  образова-
нии глобулы.  

Соответствие  активного  центра  фермента  строению  субстрата 

объясняет специфичность действия фермента: только субстрат опреде-
лённого строения может войти в тесное соприкосновение с активным 
центром белка-фермента. 

Двухкомпонентные

  ферменты  относятся  к  сложным  белкам 

(при гидролизе, кроме аминокислот, дают небелковую простетическую 
группу). 

Белковая  часть  двухкомпонентных  ферментов  называется  апо-

ферментом

, а небелковая активная группа – коферментом. Апофер-

мент  каталитически  неактивен,  кофермент  –  незначительно  активен.  
И  только  в  результате  соединения  кофермента  с  апоферментом  обра-
зуется  активный  катализатор  –  полноценный  фермент.  Часто  в  по-
строении коферментов участвуют витамины.  

Для  получения  ферментов  ткани  и  клетки  механически  разруша-

ют  и  проводят  экстракцию  фермента  соответствующими  растворите-
лями. Очистку и выделение фермента проводят при низкой температу-
ре (0 

°

C), чтобы избежать денатурации. 

3.2. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ 

Будучи белками, ферменты обладают всеми их свойствами. Вме-

сте  с  тем  биокатализаторы  характеризуются  рядом  специфических 
качеств, вытекающих из их белковой природы. 

1.  Термолабильность  –  чувствительность  к  температуре.  Наиболь-

шая  активность  ферментов  наблюдается  при  t

°

  =  37

°

…40 

°

С,  выше  – 

снижается. При 80 

°

C  и  выше  большинство  ферментов  инактивирует-

ся, при 100 

°

С происходит полная инактивация (денатурация белка).