Химия жизни

Как построены белки

Из каких главных типов соединений состоят живые организмы? Ученые установили, что между самыми, казалось бы, различными организмами — грибами и бактериями, растениями и рыбами, птицами и млекопитающими — нет принципиальных различий. Все они состоят из нескольких типов веществ, общих для всех организмов. Основу живого составляют высокомолекулярные соединения — белки. Все белки — микробов, растений, животных, человека — состоят в основном из 20 аминокислот. Вот общая формула их строения:

Аминокислоты различаются лишь строением группы R. Если в самом простом случае радикал R — водород, то получится простейшая аминокислота глицин:

Рис. 1. Все аминокислоты (кроме глицина) встречаются в двух формах: L и D. На рисунке изображена аминокислота аланин: L-форма (слева), которая входит в состав белков, и ее оптический антипод — D-форма (справа).

Если радикал R — СН₃. получается аланин (рис. 1):

Другие аминокислоты построены сложнее, например в аминокислоте фенилаланине один водород в метильной группе аланина заменен на ароматический остаток — фенил:

Во всех 20 аминокислотах есть общая часть, содержащая две реакционноспособные группы: аминогруппу NH₂ и карбоксильную группу СООН. Эти группы очень легко вступают в реакцию. Путем отщепления одной молекулы воды от двух аминокислот получается более сложное соединение с характерной группировкой атомов: — СО —NH — (называемой амидной или пептидной):

В полученном соединении (дипептиде) опять-таки есть свободная аминогруппа и свободный карбоксил. При взаимодействии дипептида с аминокислотами и другими пептидами могут образоваться полипептиды — полимеры. Их характерная особенность в том, что они построены из остатков аминокислот и содержат амидные (пептидные) связи. Сейчас известно очень много пептидов, как найденных в природе, так и синтезированных. В их составе многие десятки аминокислот. Например, важный гормон, регулирующий деятельность надпочечников, — это пеп-тид, содержащий 39 остатков аминокислот.

По такому же принципу построены белки — это уже полипептиды сложного строения и большого молекулярного веса. В отличие от обычных полимеров, с определенной последовательностью мономеров в цепи (см. ст. «Полимеры»), все белки отличаются друг от друга последовательностью остатков различных аминокислот вдоль цепи. Последовательность, в которой соединяются между собой различные аминокислоты, называют первичной структурой белка (полипептида). Ее выяснением занимаются сейчас многие лаборатории мира. Работа эта сложная и очень важная.

К 1971 г. удалось полностью установить первичную структуру около 200 белков, в том числе очень сложных, содержащих по нескольку сотен остатков аминокислот.