Строение и классификация протеиногенных аминокислот

Ответы: Плаксина Юлия.

1. Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. И у неорганических тел может происходить подобный обмен веществ, который и происходит с течением времени повсюду, так как повсюду происходят, хотя бы и очень медленно, химические действия. Но разница заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования».

2. Молекулы всех органических соединений содержат атомы углерода, а практически все и атом водорода.
В отличии от неорганических веществ, которых насчитывают более 500 тысяч, органические соединения более многообразны.
Многие органические соединения построены более сложно, чем не органические вещества, и многие из них имеют огромную молекулярную массу.

3. А) Поистине огромно разнообразие углерода на земле: уголь в качестве ископаемого, графит, алмазы всевозможной степени чистоты, горные породы (мел и прочие карбонаты), нефть, газ, живая природа – все либо является углеродом, либо содержит его в себе (в виде атомов, содержащихся в молекулах сложных и не очень веществ). Несмотря на большое количество углерода в неживой природе, все же наибольший интерес представляет именно «органический» углерод – тот, который входит в состав всевозможных органических веществ.

Ключевой особенностью углерода является возможность построения разнообразных цепочек из собственных атомов – именно она обуславливает наличие огромнейшего числа веществ, изучаемых органической химией и возможно, эта же особенность стала ключевой в плане возникновения жизни на Земле. Хотя сам вопрос пути возникновения достаточно спорный – одно известно точно – органические вещества с углеродными цепочками являются основой всех известных нам живых существ. Достаточно простой и стопроцентно верный пример – белки, являющиеся основой большинства организмов.

Скелет белка состоит из углеродных цепей, а также из других необходимых элементов, но важнейший из них все равно углерод – не будь его и белок в принципе не может существовать. Если разрушить углеродную цепь белка – восстановить ее уже невозможно, а значит, нельзя восстановить и белок – это самое губительное воздействие на живой организм.

Существует множество примеров, подтверждающих исключительную роль углерода для жизнедеятельности человека и остальных живых существ. Подавляющее большинство лекарств сейчас – органические соединения. Наркотики, химическое оружие, инсектициды, бактерии и вирусы – являют собой яркие примеры негативного влияния на живую природу (хотя последние и относят к ней). Наконец, углекислый газ, выделяемый (или поглощаемый) живыми существами в качестве побочного продукта (а также многими фабриками и заводами, наряду с другими загрязнителями) – один из ярких примеров роли углерода для живых существ.

Являясь главным компонентом тел живых существ, шестой элемент периодической системы позволяет нам жить и познавать мир вокруг. К сожалению, на сегодняшний день неизвестны формы жизни без участия углерода в составе тел или же такие формы, где углерод бы не использовался в обмене веществ. Возможно, в будущем их найдут, и мы узнаем о других формах жизни, помимо углеродной.

Б)Химия углерода. Углерод является основным элементом для биологически важных соединений. Уникальная способность углерода образовывать огромное число разнообразных соединений (число известных органических соединений значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы) обязана вовсе не его распространенности в земной коре, а возможности образовывать химическую связь углерод — углерод. Способность эта, по-видимому, безгранична, так как известны очень длинные молекулы, цепочки которых содержат многие десятки и даже сотни атомов углерода. Углеродные цепочки чрезвычайно устойчивы и разорвать их нелегко. Другой элемент — кремний — в семьдесят пять раз более распространен в земной коре; хотя он и образует сам с собой химическую связь (кремний —кремний), такие молекулы гораздо менее стабильны, и в состав цепочки не может входить больше чем несколько атомов кремния. Поэтому число соединений кремния составляет только небольшую долю от числа углеродных соединений.

Рис. 6. Четыре ковалентные связи атома углерода направлены к четырем углам правильного тетраэдра (слева). Если все четыре связи заняты атомами водорода, то образующаяся молекула называется метаном. Если два атома углерода, каждый из которых имеет тетраэдрическую форму, соединены друг с другом, то молекула называется этаном

Есть еще и другое свойство у углерода, объясняющее наличие такого большого числа его соединений, — это его способность соединяться с другими элементами, такими, как водород, кислород и азот, с образованием высокоустойчивых соединений. Соответствующие кремниевые соединения не столь прочны и часто не могут существовать в виде простых одиночных молекул. Например, двуокись кремния имеет тенденцию к образованию крупных агрегатов молекул, чтобы обрести устойчивое состояние, в то время как соответствующее соединение углерода (двуокись углерода) чрезвычайно стабильно и в виде отдельной молекулы.

Согласно положению в периодической системе элементов, углерод имеет атомный номер шесть, следовательно, у него шесть электронов. Два из них заполняют первую электронную оболочку, а четыре остальных находятся на внешней, валентной незаполненной оболочке и поэтому могут образовывать химические связи с другими атомами. Атом углерода четырехвалентен, н способен к образованию четырех ковалентных связей с атомами водорода или их эквивалентом. Поскольку ковалентные связи образуются в результате обобщения пары электронов, они всегда имеют определенную пространственную ориентацию относительно центрального атома. У углерода четыре связи расположены так, что они направлены в четыре угла правильного тетраэдра, в центре которого находится сам атом углерода.

В)Одним из требований для растворителя, способного к поддержанию альтернативной жизни, является то, что это вещество должно оставаться жидким в большом интервале температур. Вода является жидкой при давлении в 1 атм. в интервале от 0 °C до 100 °C, — но существуют другие растворители, например, серная кислота, — которые остаются в жидком состоянии до температуры в 200 °C и более[8].

4. Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующих агентов возможна ренатурация белка с полным восстановлением исходной трехмерной структуры и нативных свойств его молекулы, включая биологическую активность.
В подавляющем большинстве случаев денатурация негативные процесс для организма, т.к. выполняющие важнейшие и разнообразнейшие функции в организме белки теряют присущие им свойства, что ведет к остановке процессов жизнедеятельности и гибели организма.
Говорить о положительной роли денатурации собственных белков организма можно в случае критической нехватки незаменимой аминокислоты для формирования жизненно важного фермента, тогда разрушая находящие в избытке белки, организм извлекает из них нужную аминокислоту и использует.
Повышение температуры тела организма при воспалениях в некоторых случаях приводит к денатурации ряда бактериальных белков, что может вести к гибели последних.
Денатурированные белки легче усваиваются организмом, поэтому одной из целей термической обработки пищевых продуктов яв­ляется денатурация белков.
Для практических целей иногда используют процесс денатурации в «мягких» условиях, например при получении ферментов или других биологически активных белковых препаратов в условиях низких температур в присутствии солей и при соответствующем значении рН. При лиофилизации белков (высушивание в вакууме путем возгонки влаги из замороженного состояния) для предотвращения денатурации часто пользуются химическими веществами (простые сахара, глицерин, органические анионы).

5. В первую очередь, аминокислоты необходимы для того, чтобы из них синтезировались белки, входящие в состав органов организма и его тканей. Из белков формируются все органы и железы, связки, мышцы, сухожилия, ногти, волосы и т.д. Каждый белок предназначен для своих целей.

Кроме этого, аминокислоты необходимы для полноценной работы головного мозга, являясь предшественниками нейромедиаторов, или даже выполняя их роль, передавая от одной нервной клетки к другой нервный импульс.

Если в организме нормальное количество аминокислот, то и минералы с витаминами выполняют все свои полезные функции.

Отдельные аминокислоты непосредственно воздействуют на мышечную ткань, снабжая её энергией.

Особенно важны аминокислоты триптофан, метионин и лизин. Их идеальное сочетание 1:3,5:5,5.

6.

6. Строгие вегетарианцы — это те, кто сами себя именует словом «веганы», — люди, которые не едят продуктов животного происхождения ни в каком виде: ни в виде мясного или рыбного блюда, ни в виде молока или яиц, или обработанных пищевых продуктов, содержащих ингредиенты животного происхождения (желатин, например).

Многие веганы также воздерживаются от употребления в пищу продуктов, которые не являются животными — сахара, в частности, и спиртного. Существует, кроме того, дискуссия относительно употребления меда.

Веганы — «нет» поеданию животных и продуктам животного происхождения

Однако помимо последовательных веганов, есть множество переходных или неполных вегетарианских вариантов питания. Некоторые люди следуют им из соображений более здорового образа жизни, а иные — потому что не могут выдерживать строгой веганской диеты.

Наиболее распространенный тип вегетарианцев в мире —лакто-ово-вегетарианцы: они не едят говядины, свинины, птицы, дичи, рыбы, моллюсков, но не отказываются от яиц и молочных продуктов. «Лакто» происходит от латинского «молоко», а «ово» — «яйцо».

Лакто-ово-вегетарианцы — «нет» мясу и рыбе, «да» молоку и яйцам

Определение лактовегетарианециспользуется для описания вегетарианца, который не ест яиц, но ест молочные продукты. Многие вегетарианцы-индуисты являются, к слову сказать, лакто-вегетарианцами, избегающими употребления яиц по религиозным соображениям, но продолжающими есть молочные продукты.

Лакто-вегетарианцы — «нет» мясу и яйцам, «да» молоку

Ово-вегетарианцы— это те, кто не ест мяса или молочных продуктов, но позволяет себе яйца. Некоторые люди становятся ово-вегетарианцами, поскольку страдают непереносимостью лактозы.

Отсутствие органических аминокислот, которые мы получаем из говядины и свинины, компенсировать практически невозможно. А от них, между прочим, зависит не только твое здоровье, но и красота... Человек – хищник

Есть мясо естественно. Нашим предкам вегетарианство не было присуще. В Ледниковый период растительной пищи почти не было, и тушки животных помогали людям не погибнуть от голода. Сейчас овощи и фрукты доступны в любое время года, независимо от капризов природы, но диетологи не спешат вычеркивать мясо из пищевой пирамиды питания – основы сбалансированного рациона.

Плюсы: незаменимый продукт

В мясе содержится целый ряд аминокислот, которые поступают в организм только с пищей. По наблюдениям врачей, любители бифштексов редко жалуются на хрупкие кости и проблемы с центральной нервной системой. А все потому, что в красном мясе содержится ударная доза витамина D и вся группа витаминов В. Кроме того, говядина, свинина и баранина богаты фосфором, калием, цинком, йодом и железом. Несмотря на то что последнего элемента в овощах и фруктах присутствует на порядок больше, из растений он почти не усваивается. Поэтому каждый второй вегетарианец испытывает дефицит железа. А это чревато массой проблем, начиная от выпадения волос и заканчивая резким снижением уровня гемоглобина в крови. Впрочем, не одними витаминами, минералами и белком ценится мясо. В нем присутствуют особые вещества, которые обладают весьма нужным для организма свойством. Они усиливают выделение пищеварительных соков, облегчают процесс переваривания пищи и облегчают работу желудочно-кишечному тракту. Но имей в виду, что такие качества только у натурального мяса. В полуфабрикатах пользы почти нет, зато лишних калорий и жира – предостаточно.

Минусы: гормоны и лишний вес

Бытует мнение, что в мясе зашкаливает уровень холестерина, а это чревато сбоями в работе щитовидной железы, проблемами с печенью и риском развития атеросклероза. На самом деле все не так страшно. Чтобы избежать этих неприятностей, достаточно срезать весь жир, не обжаривать мясо на сале и не заливать его майонезом. Опасаться стоит совсем другого.

Чтобы животные не болели и быстро набирали вес, их часто накачивают антибиотиками, транквилизаторами и гормонами роста. К сожалению, эти вредные вещества никуда не исчезают даже после термической обработки и попадают в организм человека. Туда же устремляются адреналин и кортизол – гормоны, которые вырабатываются в теле животного в момент забоя. Возможно, именно по этой причине мясоеды часто страдают от стрессов и испытывают проблемы с весом, ведь избыточное количество кортизола – главная причина появления складочек в области талии. Но что пугает по-настоящему сильно, так это то, что, уплетая мясо животного противоположного пола, можно накачаться чужеродными гормонами и дезориентировать собственную гормональную систему. Впрочем, этих неприятностей легко избежать, если покупать экологически чистое мясо и не слишком им увлекаться.

С рыбой и без

Если ты все же решила стать вегетарианкой, стоит определиться, какой именно – нестрогой или строгой. Первые бывают двух видов.
Так называемое лактовегетарианство помимо растений допускает употребление в пищу молока и молочных продуктов, а в оволактовегетарианстве разрешается есть еще и яйца. Самые лояльные приверженцы этого течения по выходным и праздникам позволяют себе лакомиться рыбой, морепродуктами и мясом птицы. Что касается строгих антимясоедов – веганов, то они исключают из своего рациона и быта продукты животного происхождения, мотивируя это тем, что их невозможно получить без эксплуатации зверюшек. Меню веганов довольно скудное. В нем присутствует только растительная пища, причем нередко ее употребляют без кулинарной обработки или готовят при температуре не выше 18º.

Нестрогие вегетарианцы: этический вопрос

Сбалансированное питание немыслимо без белков животного происхождения. В принципе высокопротеиновые продукты взаимозаменяемы, поэтому образовавшуюся в меню мясную брешь можно без особых потерь «залатать» творогом, молоком и яйцами. Именно так и поступают лакто- и оволактовегетарианцы. Однако нужно иметь в виду, что недостаток хорошо усвояемого «мясного» железа молочными и растительными продуктами восполнить невозможно. Эта задача под силу только рыбе и птице. Поэтому нестрогие вегетарианцы, которые хоть изредка лакомятся рыбой и морепродуктами, находятся в более выигрышном положении. В морских гадах много селена, который поддерживает в тонусе кровеносные сосуды. А рыба богата полиненасыщенными жирными кислотами омега-3 и омега-6, регулирующими содержание холестерина в крови, укрепляющими иммунитет и служащими отличной профилактикой онкологических заболеваний.

Нестрогие вегетарианцы являются сторонниками смешанной пищи и получают практически все для сбалансированного питания. Если в рационе нет мяса, но есть рыба и птица, то минусов у такой системы нет. Но в этом случае остается нерешенным этический вопрос, который важен для большинства вегетарианцев. Получается, что забой буренок, хрюшек и барашков они не поддерживают, но ничего не имеют против вылавливания рыбы.

Веганы: удар по органам

В рационе строгих вегетарианцев много растительной клетчатки, а она превосходно стимулирует перистальтику кишечника и поддерживает оптимальный баланс его микрофлоры. К тому же в овощах и фруктах содержится огромное количество фитонцидов – биологически активных веществ, которые убивают вредоносные бактерии и подавляют процессы гниения в кишечнике. Веганы редко страдают сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипертонией, диабетом и появлением камней в почках и желчном пузыре. Специалисты говорят, что причина кроется в свойстве растительной пищи выводить из организма не только «вредный» холестерин, но и накопившиеся с годами шлаки. Ну и, наконец, не стоит забывать о том, что в таких продуктах много полезных углеводов, которые являются хорошим источником энергии.

Однако, какими бы полезными свойствами ни обладали фрукты, овощи, орехи и крупы, они не в состоянии обеспечить нас всеми необходимыми веществами, и диетологи относятся к этому рациону отрицательно. Чувство насыщения, которое дает растительная пища, быстро проходит, поэтому уже через пару часов после пиршества опять начинает сосать под ложечкой. Чтобы заморить червячка, приходится снова наведываться на кухню за очередным яблочком. К счастью, на фигуре это никак не отражается, но органы пищеварения испытывают колоссальные перегрузки и работают на износ. Кстати, веганы, которые варят и тушат овощи, находятся в более выгодном положении, чем сыроеды. При термической обработке часть полезных микроэлементов теряется, зато размягченные клетки растений охотнее отдают полезные вещества. К тому же, если постоянно лакомиться сырой растительной пищей, слишком велик риск проглотить опасных паразитов и патогенные микробы.

Строгие вегетарианцы, которые отказываются от употребления не только мяса, но также молока и яиц, должны восполнять недостаток витамина В2 (рибофлавина) за счет продуктов из сои или пищевых добавок, содержащих витамины группы В.
92 процента всех вегетарианцев живут, часто сами не зная того, в условиях постоянного дефицита витамина B12. Витамин В12 (как и витамин D) содержится только в пище животного происхождения, то есть в мясе, молоке и сыре. Правда, некоторые морские водоросли содержат в себе микроорганизмы, в которых можно найти микроскопические дозы этого уникального витамина. Самостоятельно мы его производить не можем. Витамин В12, или кобаламин, представляет собой очень сложную молекулу с атомом кобальта в центре. Таким образом, вегетарианцы, которые помимо мяса не употребляют также молока и яиц, должны обязательно побеспокоиться о поступлении в организм витамина В12. Не следует принимать в расчет их ссылки на то, что многие миллионы жителей Индии обходятся без мяса и при этом не болеют. Дело в том, что в отличие от нашего зерна, обработанного пестицидами, в индийском зерне обитают крошечные жучки и насекомые, содержащие витамин В12 и удовлетворяющие минимальную потребность в нем человека.

Некоторые убежденные вегетарианцы с годами развивают в себе способность усваивать витамин В12 из микрофлоры тонкого кишечника, откуда он поступает в кровь.
Дефицит витамина В12 ведет к нервным расстройствам как в психической сфере, так и в нервных функциях мышц. Если своевременно не распознать дефицит витамина В12, как это, к сожалению, нередко происходит, могут развиться тяжелые нарушения психики, например, рассеянный склероз - тяжелая нервная болезнь, при которой постепенно разлагается защитный миелиновый слой нервных клеток, что ведет к прогрессирующим параличам и в конце концов к смерти. Просто удивительно, что биовещество, которое требуется нам лишь в микроскопических дозах, оказывает такое активное воздействие на организм.
Витамин В12 - единственное из питательных веществ, содержащее микроэлемент кобальт, необходимый для нашего здоровья.

В развитие недостаточности железа вносит вклад диета, не содержащая мяса и богатая углеводами или клетчаткой. Употребление за едой чая или кофе, равно как и совмещение в одной трапезе блюд, богатых железом и кальцием, тоже снижает усвоение железа. Женщины усваивают на 30-50% больше железа из пищи с низким содержанием кальция.

Вегетарианцы также могут испытывать нехватку ещё одного минерала - меди. А наше растущее потребление кукурузных подсластителей с высоким содержанием фруктозы усиливает этот дефицит.

Я отрицательно отношусь к вегетарианцам, так как считаю, что мясо необходимо организму человека

7. Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.

Из двух аминокислот (1) и (2) образуется дипептид (цепочка из двух аминокислот) и молекула воды. По этой же схеме рибосома генерирует и более длинные цепочки из аминокислот: полипептиды и белки. Разные аминокислоты, которые являются «строительными блоками» для белка, отличаются радикалом R.

Свойства пептидной связи[править | править вики-текст]

Как и в случае любых амидов, в пептидной связи за счет резонанса канонических структур связь C-N между углеродом карбонильной группы и атомом азота частично имеет характер двойной:

Это проявляется, в частности, в уменьшении её длины до 1,33 ангстрема:

Это обусловливает следующие свойства:

4 атома связи (C, N, O и H) и 2 α-углерода находятся в одной плоскости. R-группы аминокислот и водороды при α-углеродах находятся вне этой плоскости.

6) H и O в пептидной связи, а также α-углероды двух аминокислот транс-ориентированы (транс-изомер более устойчив). В случае L-аминокислот, что имеет место во всех природных белках и пептидах, R-группы также транс-ориентированы.

7) Вращение вокруг связи C-N затруднено, возможно вращение вокруг С-С связи.

Для обнаружения белков и пептидов, а также их количественного определения в растворе используют.

Аминокислотами называются органические карбоновые кислоты, у которых как минимум один из атомов водорода углеводородной цепи замещен на аминогруппу. В зависимости от положения группы —NН₂ различают α, β, γ и т. д. L-аминокислоты. К настоящему времени в различных объектах живого мира найдено до 200 различных аминокислот. В организме человека содержится около 60 различных аминокислот и их производных, но не все они входят в состав белков.

Аминокислоты делятся на две группы:

8) протеиногенные (входящие в состав белков)

Среди них выделяют главные (их всего 20) и редкие. Редкие белковые аминокислоты (например, гидроксипролин, гидроксилизин, аминолимонная кислота и др.) на самом деле являются производными тех же 20 аминокислот.

Остальные аминокислоты не участвуют в построении белков; они находятся в клетке либо в свободном виде (как продукты обмена), либо входят в состав других небелковых соединений. Например, аминокислоты орнитин и цитруллин являются промежуточными продуктами в образовании протеиногенной аминокислоты аргинина и участвуют в цикле синтеза мочевины; γ-амино-масляная кислота тоже находится в свободном виде и играет роль медиатора в передаче нервных импульсов; β-аланин входит в состав витамина — пантотеновой кислоты.

9) непротеиногенные (не участвующие в образовании белков)

Непротеиногенные аминокислоты в отличие от протеиногенных более разнообразны, особенно те, которые содержатся в грибах, высших растениях. Протеиногенные аминокислоты участвуют в построении множества разных белков независимо от вида организма, а непротеиногенные аминокислоты могут быть даже токсичны для организма другого вида, т. е. ведут себя как обычные чужеродные вещества. Например, канаванин, дьенколевая кислота и β-циано-аланин, выделенные из растений, ядовиты для человека.

Строение и классификация протеиногенных аминокислот

Все аминокислоты белков относятся к L-аминокислотам, содержащим аминогруппу - NН2 в α-положении (отмечено красным):

Радикал R в простейшем случае представлен атомом водорода (глицин), а может иметь и сложное строение. Поэтому α-аминокислоты отличаются друг от друга прежде всего строением бокового радикала, а следовательно, и физико-химическими свойствами, присущими этим радикалам. Приняты три классификации аминокислот:

1) структурная, т. е. по строению бокового радикала (см. табл. 1 [показать])

2) электрохимическая, т. е. по кислотно-основным свойствам аминокислот [показать]