Последовательность аминокислот в белке. Валин – аминокислота с разветвленной цепью

Валин – одна из трех аминокислот, входящих в группу соединений с разветвленной цепью. Ее собратьями с похожей структурной формулой являются лейцин и изолейцин. Эти три аминокислоты – неразлучные друзья и употреблять их следует вместе, ибо они вместе выполняют свои функции в организме.

Структурная формула валина:

Улеродный скелет валина на одну углеродину больше по сравнению с аланином , но ко второму атому углерода (в β-положении) прилепилась не одна углеродная последовательность, а две, т.е. аминокислота с одного конца как бы раздвоилась, за что и получила название аминокислота с разветвленной цепью.

Аминокислоты с разветвленной цепью (валин, лейцин, изолейцин) составляют около 45% от содержания всех незаменимых аминокислот в тканях. Разветвленные аминокислоты предупреждают распад белков в той же степени, как и введение полного набора аминокислот.

Валин – это незаменимая протеиногенная аминокислота. Организм не синтезирует данное соединение, и оно должно поступать извне с продуктами питания. Попадая в желудочно-кишечный тракт, валин поступает в печень. В печени отсутствуют ферменты для метаболизма аминокислот с разветвленной цепью, и она задерживает другие аминокислоты для биохимических превращений, а этим, в т.ч. валину дает зеленый свет для поступления в общий кровоток, в результате происходит разделение аминокислот пищевого белка, и в мышцы отправляется преимущественно смесь аминокислот с разветвленной цепью, все те же три друга – валин, лейцин, изолейцин. Именно там они вступают в реакции переноса аминогрупп, обеспечивая мышцы энергией.

Формирование фонда свободных аминокислот с разветвленной цепью в печени зависит от содержания таурина, который регулирует превращение аминокислот в глюкозу.

В мышцах разветвленные аминокислоты включаются в синтез мышечного белка, формируя резерв, из которого они могут быть мобилизованы во время физической нагрузки. Во время работы мышечный белок распадается, и разветвленные аминокислоты вступают в цепь биохимических превращений, конечным продуктом которых является глюкоза, обеспечивающая работу энергией. Надо сказать, что все время работы внутримышечный фонд свободных аминокислот остается постоянным, но после нагрузки он возрастает, т.е. существует определенная инерция биохимического конвейера.

Потребность в валине составляет 3 — 4 г. в сутки.

Функции

• Структурная
• Энергетическая
• Иммуногенная
• Регуляторная

Структурная функция

Валин входит в состав практически всех белков, придавая им гидрофобные свойства, т.е. белок отталкивает от себя воду, повисая в водной среде автономной капелькой-глобулей. Особенно много данной аминокислоты в альбумине, казеине, белках соединительной ткани, накапливается он и в мышцах.

Валин является предшественником витамина Б3 (пантотеновой кислоты).

Он защищает миелиновую оболочку – изолятор нервного волокна.

Энергетическая функция

Валин – глюкогенная аминокислота, которая в процессе метаболизма превращается в сукцинил-КоА, а затем включается в энергетическую цепь, в результате которой образуется глюкоза. Вместе со своими разветвленными братьями – лейцином и изолейцином – он обеспечивает энергией работу мышц, за что полюбился бодибилгерам. При физической нагрузке аминокислоты с разветвленной цепью, и валин в частности, являются основным источником аминного азота в скелетной мышце. Значительная их часть высвобождается при распаде мышечных белков, что требует увеличение потребления данных аминокислот с пищей. Прием коммерческих препаратов аминокислот с разветвленной цепью в этих условиях является оправданным, т.к. он компенсирует нагрузочный распад мышечных белков.

Иммуногенная функция

Валин обеспечивает энергией выработку иммунокомпетентных клеток. Превращаясь в сукцинил КоА, он вступает в энергетический конвейер дыхательной цепи, давая на выходе энергию в виде молекул АТФ. Наибольшее влияние данная аминокислота оказывает на клеточный иммунитет, как наиболее энергоемкий.

Регуляторная функция

Валин участвует в регулировании работы гипофиза: железы головного мозга, настраивающей гормональный оркестр организма. Он стимулирует выработку гормона роста, который поддерживает синтез белка в противовес его распаду.

При алкоголизме и наркомании выявлены характерные нарушения баланса аминокислот, в т.ч. с разветвленной цепью, среди которых важная роль принадлежит валину. При эмоциональных нарушениях, связанных с зависимостями, клеткам головного мозга требуется больше энергии, которую они получают, утилизируя аминокислоты с разветвленной цепью, в частности, валин. Активизируется распад белков в зонах мозга, отвечающих на регуляцию эмоций и общий тонус организма, что приводит к нарушению функциональной активности этих зон и увеличению выраженности подавленности и раздражительности.

Валин влияет на выработку гормона радости – серотонина, дефицит валина провоцирует депрессию, и, наоборот, при балансе аминокислот настроение повышается, человек испытывает прилив бодрости и подъем общего жизненного тонуса. Валин и триптофан являются конкурентами за транспорт при преодолении гематоэнцефалического барьера. Избыток валина тормозит накопление триптофана в головном мозге и при передозировке может приводить к нарушению мозговых функций вплоть до галлюцинаций.

При алкогольной энцефалопатии (нарушении мозговой функции) из-за плохой работы печени, отравленной алкоголем, в крови повышается концентрация ароматических аминокислот (триптофан, фенилаланин) и уменьшается количество аминокислот с разветвленной цепью (валин, лейцин, изолейцин). В результате конкуренции за транспорт, переносящий аминокислоты через гематоэнцефалический барьер, концентрация валина в головном мозге уменьшается, а триптофана возрастает. Ни к чему хорошему это не приводит, ибо отсутствие разветвленных аминокислот лишает мозг энергии на выработку нейромедиаторов. Энергетически-дефицитный мозг погружается в депрессию и начинает работать через пень-колоду, что внешне выражается в ослаблении умственных параметров.

Валин понижает чувствительность к боли, улучшает адаптацию к жаре и холоду. Будучи глюкогенной аминокислотой, он подавляет аппетит, уменьшает тягу к сладкому через регуляцию уровня сахара в крови.

Он необходим для поддержания нормального азотистого баланса в организме.

Источники

Наибольшее количество содержится в яйцах, сыре и других молочных продуктах, мясе, рыбе, особенно лососевых, кальмарах. Из растительных продуктов валин в пристойных концентрациях можно получить из орехов, особенно грецких, фисташек, красной фасоли, тыквенных и подсолнечных семечек, морской капусте.

В процессе приготовление содержание валина в продуктах изменяется: в мясе, курице, рыбе его становится больше при тушении или отваривании, чем в сыром продукте или после обжарки. В яйцах, напротив, при жарке количество валина увеличивается по сравнению с сырым или вареным продуктом.

Для хорошего усвоения валина необходимо присутствие других аминокислот с разветвленной цепью – лейцина и изолейцина в соотношении валин: лейцин: изолейцин = 1: 1: 2. В коммерческих препаратах этот баланс выдержан.

Валин хорошо сочетается с медленными углеводами (крупы, хлеб грубого помола) и полиненасыщенными жирными кислотами (рыбий жир, льняное масло).

Так, сына Пармезана достаточно всего 200 г, яиц придется скушать 5 штук — нехилая яичница, а молока выпить чуть не 2 литра. Впрочем, можно обойтись 200 г. говядины, 250 г. индейки или свиной вырезки. Если вы вегетарианец, то вам придется слузгать стакан очищенных тыквенных семечек или скушать 400 г. отварной сои (что маловероятно) или килограмм гороховой каши (что совсем невероятно), грецких орехов потребуется полкило, остальные продукты можно не считать, потому что съесть необходимое количество не в человеческих силах. Я ни к чему не призываю, я лишь показываю на примере, чем грозит вегетарианская диета.

Дефицит

Недостаток валина в организме может быть как абсолютным, при недостаточном поступлении аминокислоты с продуктами питания, так и относительным, когда увеличивается потребность в этой аминокислоте в связи с физиологическими или патологическими процессами в организме.

При вегетарианской диете очень трудно соблюдать белковый баланс: если бездумно налегать на одни овощи и фрукты, очень легко получить проблемы, связанные с недостатком аминокислот, в первую очередь незаменимых. Дефицит валина может возникнуть и при недостаточном всасывании его в желудочно-кишечном тракте в связи с заболеваниями органов пищеварения.

Потребность в валине увеличивается в связи со следующими состояниями:

1. Спортивные тренировки, особенно связанные с выработкой силы и выносливости
2. Стресс, как психологический, так и физиологический: травмы, ожоги, перенесенные операции, кровопотеря и др.
3. Патологические зависимости: пристрастие к алкоголю, наркотикам, в т.ч. никотину, и просто тяга к сладкому и желание жрать все без разбору.
4. Заболевания центральной нервной системы: рассеянный склероз, депрессия
5. Острые инфекционные заболевания: ОРВИ, пневмонии и др.

Применение

1. Для повышения результативности тренировок, особенно в бодибилдинге и тяжелой атлетике.
2. Лечение депрессий, бессонницы, мигрени, восстановление положительного эмоционального фона, в комплексном лечении рассеянного склероза
3. Лечение патологических зависимостей: табакокурения, алкоголизма, наркомании
4. Контроль аппетита, устранение тяги к сладкому, контроль веса, увеличение обмена веществ для сжигания жира и наращивания мышечной массы
5. В комплексном лечении шока, при ожогах, травмах, операциях, чрезмерной кровопотере
6. Стимуляция иммунитета в период сезонного подъема простудных заболеваний

Избыток

Потребление валина в слишком высоких дозах не безразлично для организма, поэтому не следует превышать рекомендуемые суточные дозировки — более 4 г. В лучшем случае передоз проявляется в парестезиях: чувство онемение конечностей, ползания мурашек, возможны аллергические реакции, дерматиты, расстройство пищеварения, повышенная тревожность. Регулярные передозировки могут привести к сгущению крови, вызвать дисфункцию печени и почек, увеличить уровень аммиака в организме, что проявляется в тошноте и рвоте. При сильном избытке валина возникает озноб, учащенное сердцебиение, страхи вплоть до галлюцинаций.

Заключение

Валин ускоряет синтез белка, способствует наращиванию мышечной массы, улучшает координацию движений, повышает выносливость. Он улучшает работу мозга, увеличивает работоспособность, борется с депрессией, способствует поддержанию хорошего настроения. Помогает преодолеть патологические зависимости: снижает тягу к алкоголю, наркотикам, сладостям, убирает негативный фон при отказе от продуктов, к которым имеется зависимость, подавляет чрезмерный аппетит. Способствует заживлению ран, восстанавливает эластин и коллаген в коже, что имеет значение при кожных заболеваниях, таких как дерматит или экзема. Усиливает Т-клеточный иммунитет, что немаловажно при вирусных и бактериальных инфекциях.

Валин необходим, чтобы хорошо себя чувствовать и красиво выглядеть.

Объединение аминокислот через пептидные связи создает линейную полипептидную цепь, которая называется первичной структурой белка .

Участок белковой цепи длиной в 6 аминокислот (Сер-Цис-Тир-Лей-Глу-Ала) (пептидные связи выделены желтым цветом, аминокислоты - красной рамкой)

Первичная структура белков, т.е. последовательность аминокислот в нем, программируется последовательностью нуклеотидов в ДНК. Выпадение, вставка, замена нуклеотида в ДНК приводит к изменению аминокислотного состава и, следовательно, структуры синтезируемого белка.

Если изменение последовательности аминокислот носит не летальный характер, а приспособительный или хотя бы нейтральный, то новый белок может передаться по наследству и остаться в популяции. В результате возникают новые белки с похожими функциями. Такое явление называется полиморфизм белков.

Например, при серповидноклеточной анемии в шестом положении β-цепи гемоглобина происходит замена глутаминовой кислоты на валин . Это приводит к синтезу гемоглобина S (HbS ) – такого гемоглобина, который в дезоксиформе полимеризуется и образует кристаллы. В результате эритроциты деформируются, приобретают форму серпа (банана), теряют эластичность и при прохождении через капилляры разрушаются. Это в итоге приводит к снижению оксигенации тканей и их некрозу.

Последовательность и соотношение аминокислот в первичной структуре определяет формированиевторичной , третичной и четвертичной структур.

Укладка белка в виде каната и гармошкой

Вторичная структура белка – это способ укладки полипептидной цепи в более компактную структуру, при которой происходит взаимодействие пептидных групп с образованием между ними водородных связей. Формирование вторичной структуры вызвано стремлением пептида принять конформацию с наибольшим количеством связей между пептидными группами. Тип вторичной структуры зависит от устойчивости пептидной связи, подвижности связи между центральным атомом углерода и углеродом пептидной группы, размером аминокислотного радикала.

Все указанное вкупе с аминокислотной последовательностью впоследствии приведет к строго определенной конфигурации белка.

Можно выделить два возможных варианта вторичной структуры: α-спираль (α-структура) и β-складчатый слой (β-структура). В одном белке, как правило, присутствуют обе структуры, но в разном долевом соотношении. В глобулярных белках преобладает α-спираль, в фибриллярных – β-структура.

Вторичная структура образуется только при участии водородных связей между пептидными группами: атом кислорода одной группы реагирует с атомом водорода второй, одновременно кислород второй пептидной группы связывается с водородом третьей и т.д.

Участие водородных связей в формировании вторичной структуры

α-Спираль

Данная структура является правозакрученной спиралью, образуется при помощиводородных связей между пептидными группами 1-го и 4-го, 4-го и 7-го, 7-го и 10-го и так далее аминокислотных остатков.

Формированию спирали препятствуют пролин и гидроксипролин, которые обуславливают "перелом" цепи, ее резкий изгиб.

Высота витка спирали составляет 0,54 нм и соответствует 3,6 аминокислотных остатков, 5 полных витков соответствуют 18 аминокислотам и занимают 2,7 нм.

β-Складчатый слой

В этом способе укладки белковая молекула лежит "змейкой", удаленные отрезки цепи оказываются поблизости друг от друга. В результате пептидные группы ранее удаленных аминокислот белковой цепи способны взаимодействовать при помощи водородных связей.

Строение аминокислот

Аминокислоты - гетерофункциональные соеди­нения, которые обязательно содержат две функцио­нальные группы : аминогруппу -NH 2 и карбоксиль­ную группу -СООН, связанные с углеводородным радикалом.

Общую формулу простей­ших аминокислот можно за­писать так:

Так как аминокислоты со­держат две различные функ­циональные группы, которые оказывают влияние друг на друга, характерные реакции отличают­ся от характерных реакций карбоновых кислот и аминов.

Свойства аминокислот

Аминогруппа -NH 2 определяет основные свой­ства аминокислот , т. к. способна присоединять к себе катион водорода по донорно-акцепторному механизму за счет наличия свободной электронной пары у атома азота.

Группа -СООН (карбоксильная группа) опреде­ляет кислотные свойства этих соединений . Следо вательно, аминокислоты - это амфотерные орга­нические соединения .

Со щелочами они реагируют как кислоты:

С сильными кислотами как основания-амины:

Кроме того, аминогруппа в аминокислоте всту­пает во взаимодействие с входящей в ее состав кар­боксильной группой, образуя внутреннюю соль:

Ионизация молекул аминокислот зависит от кислотного или щелочного характера среды:

Так как аминокислоты в водных растворах ве­дут себя как типичные амфотерные соединения, то в живых организмах они играют роль буферных веществ, поддерживающих определенную концен­трацию ионов водорода.

Аминокислоты представляют собой бесцветные кристаллические вещества, плавящиеся с разло­жением при температуре выше 200 °С. Они рас­творимы в воде и нерастворимы в эфире. В зависи­мости от радикала R- они могут быть сладкими, горькими или безвкусными.

Аминокислоты подразделяют на природные (обнаруженные в живых организмах) и синтети­ческие . Среди природных аминокислот (около 150) выделяют протеиногенные аминокислоты (около 20), которые входят в состав белков. Они представляют собой L-формы. Примерно полови­на из этих аминокислот относятся к незамени­мым , т. к. они не синтезируются в организме че­ловека. Незаменимыми являются такие кислоты, как валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, ли­зин, треонин, цистеин, мети­онин, гистидин, триптофан. В организм человека данные вещества поступают с пи­щей. Если их количество в пище будет недостаточ­ным, нормальное развитие и функционирование орга­низма человека нарушаются. При отдельных заболеваниях организм не в состоянии син­тезировать и некоторые другие аминокислоты. Так, при фенилкетонурии не синтезируется тирозин.

Важнейшим свойством аминокислот является способность вступать в молекулярную конденса­цию с выделением воды и образованием амидной группировки -NH-CO- , например:

Получаемые в результате такой реакции высо­комолекулярные соединения содержат большое число амидных фрагментов и поэтому получили название полиамидов .

К ним, кроме названного выше синтетического волок­на капрона, относят, напри­мер, и энант, образующийся при поликонденсации аминоэнантовой кислоты. Для получения синтетических во­локон пригодны аминокис­лоты с расположением амино- и карбоксильной групп на концах молекул.

Полиамиды α-аминокислот называются пепти­дами . В зависимости от числа остатков аминокислот различают дипептиды, трипептиды, полипепти­ды. В таких соединениях группы -NH-CO- на­зывают пептидными .

Изомерия и номенклатура аминокислот

Изомерия аминокислот определяется различ­ным строением углеродной цепи и положением аминогруппы, например:

Широко распространены также названия ами­нокислот, в которых положение аминогруппы обо­значается буквами греческого алфавита : α, β, γ и т. д. Так, 2-аминобутановую кислоту можно на звать также α-аминокислотой:

В биосинтезе белка в живых организмах уча­ствуют 20 аминокислот.

Белки

Белки - это высокомолекулярные (молеку­лярная масса варьируется от 5-10 тыс. до 1 млн и более) природные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью.

Белки также называют протеинами (греч. «протос» - первый, важный). Число остатков амино­кислот в молекуле белка очень сильно колеблется и иногда достигает несколь­ких тысяч. Каждый белок об­ладает своей присущей ему последовательностью распо­ложения аминокислотных остатков.

Белки выполняют разнообразные биологичес­кие функции : каталитические (ферменты), регуля­торные (гормоны), структурные (коллаген, фибро­ин), двигательные (миозин), транспортные (гемо­глобин, миоглобин), защитные (иммуноглобули­ны, интерферон), запасные (казеин, альбумин, глиадин) и другие.

Выполнение белками определенных специфических функций зависит от пространственной конфигурации их молекул, кроме того, клетке энергетически невыгодно держать белки в развернутой форме, в виде цепочки, поэтому полипептидные цепи подвергаются укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию. Выделяют 4 уровня пространственной организации белков.

Белки - основа биомембран, важнейшей состав­ной части клетки и клеточных компонентов. Они играют ключевую роль в жиз­ни клетки, составляя как бы материальную основу ее химической деятельности.

Исключительное свойство белка - самоорганизация структуры , т. е. его способность самопроизвольно создавать определенную, свойственную только данному белку пространственную структуру. По существу, вся деятельность организма (развитие, движение, выполнение им различных функций и многое дру­гое) связана с белковыми веществами. Без белков невозможно представить себе жизнь.

Белки - важнейшая составная часть пищи че­ловека и животных, поставщик необходимых ами­нокислот .

Строение белков

В пространственном строении белков большое значение имеет характер радикалов (остатков) R- в молекулах аминокислот. Неполярные радикалы аминокислот обычно располагаются внутри макро­молекулы белка и обусловливают гидрофобные взаимодействия ; полярные радикалы , содержащие ионогенные (образующие ионы) группы, обычно находятся на поверхности макромолекулы белка и характеризуют электростатические (ионные) вза­имодействия . Полярные неионогенные радикалы (например, содержащие спиртовые ОН-группы, амидные группы) могут располагаться как на по­верхности, так и внутри белковой молекулы. Они участвуют в образовании водородных связей .

В молекулах белка а-аминокислоты связаны между собой пептидными (-СО-NH-) связями:

Построенные таким образом полипептидные це­пи или отдельные участки внутри полипептидной цепи могут быть в некото­рых случаях дополнительно связаны между собой дисуль­фидными (-S-S-) связями или, как их часто называют, дисульфидными мостиками .

Большую роль в создании структуры белков играют ион­ные (солевые) и водородные связи , а также гидрофобное взаимодействие - особый вид контактов между гидрофоб­ными компонентами молекул белков в водной среде. Все эти связи имеют различную прочность и обеспечивают образование сложной, большой молекулы белка.

Несмотря на различие в строении и функциях белковых веществ, их элементный состав колеб­лется незначительно (в % на сухую массу): угле­рода - 51-53; кислорода - 21,5-23,5; азота - 16,8-18,4; водорода - 6,5-7,3; серы - 0,3-2,5.

Некоторые белки содержат в небольших количе­ствах фосфор, селен и другие элементы. Последовательность соединения аминокислот­ных остатков в полипептидной цепи получила на­звание первичной структуры белка. Белковая молекула может состоять из одной или из нескольких полипептидных цепей, каждая из которых содержит различное число аминокис­лотных остатков. Учитывая число их возможных комби­наций, можно сказать, что разнообразие белков почти безгранично, но не все из них существуют в природе. Общее число различных ти­пов белков у всех видов жи­вых организмов составляет 10 11 -10 12 . Для белков, строение которых отлича­ется исключительной сложностью, кроме первич­ной, различают и более высокие уровни структур­ной организации: вторичную, третичную, а иногда и четвертичную структуры.

Вторичной структурой обладает большая часть белков, правда, не всегда на всем протяжении полипептидной цепи. Полипептидные цепочки с определенной вторичной структурой могут быть по-разному расположены в пространстве.

В формировании третичной структуры , кроме водородных связей, большую роль играют ион­ное и гидрофобное взаимодействия. По характеру «упаковки» белковой молекулы различают глобу­лярные, или шаровидные, и фибриллярные, или нитевидные, белки.

Для глобулярных белков более характерна α-спиральная структура, спирали изогнуты, «свер­нуты». Макромолекула имеет сферическую форму. Они растворяются в воде и солевых растворах с об­разованием коллоидных систем. Большинство бел­ков животных, растений и микроорганизмов отно­сится к глобулярным белкам.

- последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи, составляющей молекулу белка. Связь между аминокислотами - пептидная.

Если молекула белка состоит всего из 10 аминокислотных остатков, то число теоретически возможных вариантов белковых молекул, отличающихся порядком чередования аминокислот, - 1020. Имея 20 аминокислот, можно составить из них еще большее количество разнообразных комбинаций. В организме человека обнаружено порядка десяти тысяч различных белков, которые отличаются как друг от друга, так и от белков других организмов.

Именно первичная структура белковой молекулы определяет свойства молекул белка и ее пространственную конфигурацию. Замена всего лишь одной аминокислоты на другую в полипептидной цепочке приводит к изменению свойств и функций белка. Например, замена в β-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию - транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание - серповидноклеточная анемия.

Вторичная структура - упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (имеет вид растянутой пружины). Витки спирали укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами. Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей. Они слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость и жесткость. На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).

Третичная структура - укладка полипептидных цепей в глобулы, возникающая в результате возникновения химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между радикалами аминокислотных остатков. Основную роль в образовании третичной структуры играют гидрофильно-гидрофобные взаимодействия.

В водных растворах гидрофобные радикалы стремятся спрятаться от воды, группируясь внутри глобулы, в то время как гидрофильные радикалы в результате гидратации (взаимодействия с диполями воды) стремятся оказаться на поверхности молекулы. У некоторых белков третичная структура стабилизируется дисульфидными ковалентными связями, возникающими между атомами серы двух остатков цистеина. На уровне третичной структуры существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.

Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами. Субъединицы удерживаются в молекуле благодаря ионным, гидрофобным и электростатическим взаимодействиям. Иногда при образовании четвертичной структуры между субъединицами возникают дисульфидные связи. Наиболее изученным белком, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин. Он образован двумя α-субъединицами (141 аминокислотный остаток) и двумя β-субъединицами (146 аминокислотных остатков). С каждой субъединицей связана молекула гема, содержащая железо.

Если по каким-либо причинам пространственная конформация белков отклоняется от нормальной, белок не может выполнять свои функции. Например, причиной «коровьего бешенства» (губкообразной энцефалопатии) является аномальная конформация прионов - поверхностных белков нервных клеток.

Для фибриллярных белков более характерна нитевидная структура. Они, как правило, не рас­творяются в воде. Фибриллярные белки обычно выполняют структурообразующие функции. Их свойства (прочность, способность растягиваться) за­висят от способа упаковки полипептидных цепо­чек. Примером фибриллярных белков служат мио­зин, кератин. В ряде случаев отдельные субъ­единицы белка с помощью во­дородных связей, электроста­тического и других взаимо­действий образуют сложные ансамбли. В этом случае об­разуется четвертичная струк­тура белков .

Примером белка с четвер­тичной структурой служит гемоглобин крови. Только с такой структурой он выполняет свои функции - связывание кислорода и транспортировка его в ткани и органы. Однако следует отметить, что в организации бо­лее высоких структур белка исключительная роль принадлежит первичной структуре.

Классификация белков

Существует несколько классификаций белков:

По степени сложности (простые и сложные).

По форме молекул (глобулярные и фибрилляр­ные белки).

По растворимости в отдельных растворителях (водорастворимые, растворимые в разбавлен­ных солевых растворах - альбумины, спирто­растворимые - проламины, растворимые в раз­бавленных щелочах и кислотах - глутелины).

По выполняемым функциям (например, запас­ные белки, скелетные и т. п.).

Свойства белков

Белки - амфотерные электролиты . При опреде­ленном значении pH среды (оно называется изо­электрической точкой) число положительных и от­рицательных зарядов в молекуле белка одинаково. Это одно из основных свойств белка. Белки в этой точке электронейтральны, а их растворимость в во­де наименьшая. Способность белков снижать рас­творимость при достижении электронейтральности их молекул используется для выделения из раство­ров, например, в технологии получения белковых продуктов.

Гидратация . Процесс гидратации означает свя­зывание белками воды, при этом они проявля­ют гидрофильные свойства: набухают, их масса и объ­ем увеличиваются. Набуха­ние отдельных белков за­висит исключительно от их строения. Имеющиеся в со­ставе и расположенные на поверхности белковой ма­кромолекулы гидрофильные амидные (-СО-NH-, пеп­тидная связь), аминные (-NH 2) и карбоксильные (-СООН) группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности моле­кулы. Окружающая белковые глобулы гидратная (водная) оболочка препятствует агрегации и осаж­дению, а следовательно, способствует устойчиво­сти растворов белка. В изоэлектрической точке белки обладают наименьшей способностью свя­зывать воду, происходит разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяются, образуя крупные агрегаты. Агрега­ция белковых молекул происходит и при их обе­звоживании с помощью некоторых органических растворителей, например, этилового спирта. Это приводит к выпадению белков в осадок. При из­менении рН среды макромолекула белка стано­вится заряженной, и его гидратационная способ­ность меняется.

При ограниченном набухании концентрирован­ные белковые растворы образуют сложные систе­мы, называемые студнями . Студни не текучи, упруги, обладают пластичностью, определенной механической прочностью, способны сохра­нять свою форму. Глобуляр­ные белки могут полностью гидратироваться, растворяться в воде (например, белки молока), образуя растворы с невысокой кон­центрацией. Гидрофильные свойства белков, т. е. их способность набухать, образовывать студни, стабилизировать суспензии, эмульсии и пены, имеют большое значение в биологии и пищевой промышленности. Очень подвижным студнем, по­строенным в основном из молекул белка, является цитоплазма - сырая клейковина, выделенная из пшеничного теста; она содержит до 65 % воды.

Различная гидрофильность клейковинных бел­ков - один из признаков, характеризующих ка­чество зерна пшеницы и получаемой из него муки (так называемые сильные и слабые пшеницы). Ги­дрофильность белков зерна и муки играет боль­шую роль при хранении и переработке зерна, в хлебопечении. Тесто, которое получают в хлебо­пекарном производстве, представляет собой набух­ший в воде белок, концентрированный студень, содержащий зерна крахмала.

Денатурация белков . При денатурации под вли­янием внешних факторов (температуры, механиче­ского воздействия, действия химических агентов и ряда других факторов) происходит изменение вторичной, третич­ной и четвертичной структур белковой макромолекулы, т. е. ее нативной простран­ственной структуры. Первич­ная структура, а следователь­но, и химический состав белка не меняются. Изменяются физические свой­ства: снижается растворимость, способность к ги­дратации, теряется биологическая активность. Меняется форма белковой макромолекулы, проис­ходит агрегирование. В то же время увеличивает­ся активность некоторых химических групп, об­легчается воздействие на белки протеолитических ферментов, а следовательно, он легче гидролизу­ется.

В пищевой технологии особое практическое значение имеет тепловая денатурация белков , степень которой зависит от температуры, продол­жительности нагрева и влажности. Это необходи­мо помнить при разработке режимов термообра­ботки пищевого сырья, полуфабрикатов, а иногда и готовых продуктов. Особую роль процессы те­пловой денатурации играют при бланшировании растительного сырья, сушке зерна, выпечке хле­ба, получении макаронных изделий. Денатура­ция белков может вызываться и механическим воздействием (давлением, растиранием, встряхи­ванием, ультразвуком). Наконец, к денатурации белков приводит действие химических реагентов (кислот, щелочей, спирта, ацетона). Все эти при­емы широко используются в пищевой и биотех­нологии.

Пенообразование . Под процессом пенообразова­ния понимают способность белков образовывать высококонцентрированные системы «жидкость - газ», называемые пенами. Устой­чивость пены, в которой бе­лок является пенообразовате­лем, зависит не только от его природы и от концентрации, но и от температуры. Белки в качестве пенообразо­вателей широко используются в кондитерской про­мышленности (пастила, зефир, суфле). Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые ка­чества.

Молекулы белков под влиянием ряда факторов могут разрушаться или вступать во взаимодействие с другими веществами с образованием новых про­дуктов. Для пищевой промышленности можно вы­делить два важных процесса:

1) гидролиз белков под действием ферментов;

2) взаимодействие аминогрупп белков или амино­кислот с карбонильными группами восстанавли­вающих сахаров.

Под влиянием ферментов протеаз, катализиру­ющих гидролитическое расщепление белков, по­следние распадаются на более простые продукты (поли- и дипептиды) и в конечном итоге на ами­нокислоты. Скорость гидролиза белка зависит от его состава, молекулярной структуры, активности фермента и условий.

Гидролиз белков . Реакцию гидролиза с образо­ванием аминокислот в общем виде можно записать так:

Горение. Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых дру­гих веществ. Горение сопровождается характер­ным запахом жженых перьев.

Цветные реакции . Для качественного определе­ния белка используют следующие реакции:

1. Денатурация – процесс нарушения естественной структуры белка (разрушение вторичной, третичной, четвертичной структуры).

2. Гидролиз — разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот.

3. Качественные реакции белков:

· биуретовая;

Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии солей меди (II) в щелочном растворе. Такую реакцию дают все соединения, содержащие пептидную связь, при которой происходит взаимо­действие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди (II) с образованием комплексных соединений между ионами Cu 2+ и полипептидами. Реакция сопровождается по­явлением фиолетово-синей окраски.

· ксантопротеиновая;

Ксантопротеиновая реакция – появление желтого окрашивания при действии концентрированной азотной кислоты на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот (фенилаланина, тирозина), при которой происходит взаимодействие ароматических и гетероатом­ных циклов в молекуле белка с концентриро­ванной азотной кислотой, сопровождающееся появлением желтой окраски.

· реакция определения серы в белках.

Цистеиновая реакция (для белков, содержащих серу) — кипячение раствора белка с ацетатом свинца(II) с появлением черного окрашивания.

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости

Объединение аминокислот через пептидные связи создает линейную полипептидную цепь, которая называется первичной структурой белка

Учитывая, что в синтезе белков принимает участие 20 аминокислот и средний белок содержит 500 аминокислотных остатков, то можно говорить о невообразимом количестве потенциально возможных белков. В организме человека обнаружено около 100 тысяч различных белков.

К примеру, 2 аминокислоты (аланин и серин) образуют 2 пептида Ала-Сер и Сер-Ала; 3 аминокислоты дадут уже 6 вариантов трипептида; 20 аминокислот – 1018 различных пептидов длиной всего 20 аминокислот (при условии, что каждая аминокислота используется только один раз).

Самый большой из известных в настоящее время белков - титин - является компонентом саркомеров миоцита, молекулярная масса его различных изоформ находится в интервале от 3000 до 3700 кДа. Титин камбаловидной мышцы человека состоит из 38138 аминокислот.

Первичная структура белков, т.е. последовательность аминокислот в нем, программируется последовательностью нуклеотидов в ДНК. Выпадение, вставка, замена нуклеотида в ДНК приводит к изменению аминокислотного состава и, следовательно, структуры синтезируемого белка.

Участок белковой цепи длиной в 6 аминокислот (Сер-Цис-Тир-Лей-Глу-Ала)
(пептидные связи выделены желтым фоном, аминокислоты - рамкой)

Если изменение последовательности аминокислот носит не летальный характер, а приспособительный или хотя бы нейтральный, то новый белок может передаться по наследству и остаться в популяции. В результате возникают новые белки с похожими функциями. Такое явление называется полиморфизм белков.

Для многих белков обнаруживается ярко выраженный консерватизм структуры. Например, гормон инсулин у человека отличается от бычьего только на три аминокислоты, от свиного – на одну аминокислоту (аланин вместо треонина).

Последовательность и соотношение аминокислот в первичной структуре определяет формирование вторичной , третичной и четвертичной структур.

Генотипическая гетерогенность

В результате того, что каждый ген у человека имеется в двух копиях (аллелях) и может подвергаться мутациям (замена, делеция, вставка) и рекомбинациям, серьезно не затрагивающим функцию кодируемого белка, то возникает полиморфизм генов и, соответственно, полиморфизм белков. Возникают целые семейства родственных белков, обладающих схожими, но неодинаковыми свойствами и функцией.

Например, существует около 300 разных типов гемоглобина , часть из них является необходимой на разных этапах онтогенеза: например, HbP – эмбриональный, образуется в первый месяц развития, HbF – фетальный, необходим на более поздних сроках развития плода, HbA и HbA2 – гемоглобин взрослых. Разнообразие обеспечивается полиморфизмом глобиновых цепей: в гемоглобине P присутствуют 2ξ и 2ε цепи, в HbF – 2α- и 2γ- цепи, в HbА – 2α- и 2β-цепи, в HbА2 – 2α- и 2δ-цепи.

При серповидноклеточной анемии в шестом положении β-цепи гемоглобина происходит замена глутаминовой кислоты на валин. Это приводит к синтезу гемоглобина S (HbS) – такого гемоглобина, который в дезоксиформе полимеризуется и образует тяжи. В результате эритроциты деформируются, приобретают форму серпа (банана), теряют эластичность и при прохождении через капилляры разрушаются. Это в итоге приводит к снижению оксигенации тканей и их некрозу.

Группы крови АВ0 зависят от строения особого углевода на мембране эритроцитов. Различия в строении углевода обусловлены разной специфичностью и активностью фермента гликозил-трансферазы , способного модифицировать исходный олигосахарид. Фермент имеет три варианта и осуществляет присоединение к олигосахариду мембран эритроцитов либо N-ацетилгалактозы, либо галактозы, либо фермент не присоединяет дополнительные сахаридные группы (группа 0).
В результате лица с группой крови А0 на эритроците имеют олигосахарид с присоединенным к нему N-ацетилгалактозамином, с группой крови В0 – олигосахарид с галактозой, 00 – имеют только "чистый" олигосахарид, с группой крови АВ – олигосахарид и с N-ацетилгалактозамином, и с галактозой.

Сали считает, что среди атлетов-силовиков и бодибилдеров растут проблемы, связанные с избыточным приемом аминокислот с разветвленными цепями. Аминокислоты с разветвленными цепями, чтобы освежить вашу память, это эль-лейцин, эль-изолейцин, эль-валин. Это те аминокислоты, по которым особенно тоскуют ваши мышцы. Они составляют до 35% от композиции ваших мышц.
"Этот несбалансированный прием вмешивается в уровни других ключевых аминокислот, пызывая их относительную недостаточность", - говорит Сали. "В то же самое время некоторые лица часто игнорируют соответствующие количества важных витаминов и минералий. Многие люди не принимают достаточного количества витамина А, Е и В-комплекса, либо кальция и магния.
Довольно многие атлеты говорили мне, что как только они принимают аминокислоты с разветвленными цепями, они чувствуют, что с ними все в порядке. Но с ними может быть не все в порядке. Они могут пошатывать мышечное утомление, дрожь, спазмы, травмы, депрессию или раздражительность. Фокус в том, чтобы обеспечить баланс, существующий между всеми вашими нутрнентами".
Постоянное напряжение в результате интенсивного тренинга может негативно отразиться на вас, если вы не подготовите себя правильно. Организм, может оказаться " неспособным освобождаться от избыточной молочной кислоты, которая накапливается. Вы начинаете чувствовать себя возбужденным, беспокойным, нервным. Или, возможно, депрессированным. Вы будете удивляться, что же вы такое сделали не так. Вы думаете, что преодолеете это, тренируясь больше.
"Но тем самым вы погружаете себя в еще более глубокий биохимический дисбаланс и недостаточность. Вы не поняли, что стресс, физический или эмоциональный, истощает ваши аминокислоты и другие ключевые нутрненты".
В этой ситуации нет простого решения, говорит Сали. Каждый случай индивидуален и требует детализированного знания образа жизни, диеты, уровня стресса, тренировочной интенсивности и других факторов, чтобы скорректировать их.

Не принимайте слишком много!

Еще одно предостережение против аминокислот с разветвленными цепями: многие атлеты-силовики и бодибилдеры уничтожают свой тренировочный эффект, принимая их слишком много.
Избыточный прием может способствовать накоплению токсического аммиака, побочного продукта обращения протеина в мышечных тканях. Это может вести к утомлению. Для наилучших результатов придерживайтесь рекомендаций по дозировке на ярлыке аминокислот.
Если вы принимаете аминокислоты с разветвленными цепями, не принимайте их одновременно с эль-тирознном. Аминокислоты с разветвленными цепями могут блокировать усвоение этой самой аминокислоты.
Давайте более пристально посмотрим на некоторые другие аминокислоты и их полезные свойства:

· Эль-Аланин. Включена в энергетический обмен.и помогает регулировать сахар в крови. Говорят, что она поднимает уровень энергии. Если вы находитесь под стрессом или страдаете от гипогликемии, ваше тело будет расщеплять мышечные ткани, чтобы получить такие аминокислоты, как Эль-Аланин, в целях подъема уровня сахара в крови.

· Эль-Аспарагин. Важный фактор в метаболической активности нервной системы. Эль-Аспартовая кислота. Включена в превращение карбогидратов в мышечную энергию. Строительный блок иммунноглобулинов и антител иммунной системы. Комбинируется с другими аминокислотами для формирования.пожирателей" токсинов в кровеносной системе.

· Эль-Цитруллин. Помогает детоксицировать аммиак, побочный продукт метаболизма протеина.

· Эль-Цистеин. Выполняет детоксикационные задачи в комбинации с эль-аспартовой кислотой и эль-цитруллнном. Помогает продуцировать защиту от вредных воздействий алкоголя и табака. Имеются отчеты о стимуляции роста волос.

· Эль-Цистин. Главный партнер в тканевых антиокислительных механизмах, которые помогают предупреждать формиропаннс потенциально опасных токсических фгарментов, постоянно развивающихся внутри организма в результате большого разнообразия причин. Способствует ускорению заживления, уменьшает болн от воспаления, укрепляет соединительных ткани.

· Эль-Глутамии. Лимфоциты и другие белые кровяные тельца, нападающие первой линии в иммунной системе, сильно зависят от глутамнна; британские исследователи обнаружили, что деятельность с экстремальной выносливостью, скажем, марафон, может снизить приток глютамина к лимфоцитам. Глутамин вместе с другими определенными аминокислотами используется как топливо в состязаниях на большие дистанции. Пока недостаточность в глутамине не будет скорректирована путем правильного нутрнционального дополнения, организм остается чувствительным к инфекциям.
Глутамин способствует памяти и стимулирует интеллект и концентрацию. Он также оказался эффективным для снижения тяги к алкоголю и сладостям.

· Глицин. Это самая маленькая из всех аминокислот, но она - также одна из самых важных. Ее базовая функция связана с производством заменимых аминокислот и структурой красных кровяных телец. Глюкоза и креатин-два вещества, важные для продукции энергии,- требуют глицина для своего синтеза. Дефицит его результирует в упадке энергии.
Глицин оказывает успокаивающий эффект и эффективно применяется при маниакальных депрессиях и агрессивных состояниях.
Лица, испытывающие болезненную привязанность к сладкому, также могут ослабить влечение к сахару. Они могут разламывать глициновую капсулу и посыпать сладким на вкус порошком свою пищу.

· Эль-Гистидин. Вместе с гормоном роста и другими определенными аминокислотами Эль-гистидин важен для роста тканей. Он играет роль в продукции красных и белых кровяных телец. Используется при лечении анемии.

· Эль-Лизин. Низкие его уровни могут замедлить синтез протеина, повредить мышцам и соединительным тканям. Он оказывает угнетающий эффект на вирусы и может использоваться при лечении лишаев. Лизин и витамин С вместе образуют Эль-Карнитин, биохимическое вещество, которое позволяет мышечным клеткам более эффективно использовать кислород, тем самым способствуя аэробной работе.

· Эль- Метнонан. Помогает удалять ядовитые отходы из вашей печени и помогает регенерации тканей печени и почек.

· Эль-Пролин. Главный фактор в формировании соединительных тканей. Он также мобилизуется для мышечной энергии.

· Эль-фенилаланин. Он облегчает усвоение, память, остроту ума и является главным элементом в продукции коллагена, главной фиброзной протеиновой ткани в организме.

· Эль-Серин. Важен для продукции клеточной энергии и формирования ацетилхолина, первостепенного химического вещества мозга, которое способстсует памяти и функционированию нервной системы.

· Эль-Треонин. Одна из аминокислот-детоксикаторов. Предотвращает накопление жира в печени. Важный компонент коллагена.

L-карнитин

Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) - это так называемая аминокислота и витамин Bт. Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) действует как рецептор и накопительное вещество для активированных жировых кислот в целлюлярном метаболизме и вследствие этого Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) играет решающую роль при расщеплении жиров и производстве энергии. В клинических исследованиях Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) оказался действенным для существенного снижения веса, существенного снижения индекса массы тела (указывая значительное приближение к идеальному весу) и существенное снижения содержания жира тела при использовании его как компонента в общей программе снижения веса. Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) также эффективен для регулирования веса в применении вместе с другим диетическим лечением как, например хромиум пиколинат (хром), и диетическое волокно. Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) помогает при регулировке веса путем увеличения скорости при которой происходит расщепление жировых кислот, увеличивая остаточную скорость метаболизма (скорость, при которой тело сжигает калории чтобы поддержать функции тела), обеспечивая синтез протеина (мышц) и по возможности вызывая подавление аппетита. Кроме того, Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) может предохранять сердце от ишемии сердечной мышцы (сокращение потока крови при стенокардии, что может существенно ослабить механическое функционирование сердца и привести к сердечному приступу) и снизить продолжительность или серьезность сердечного приступа. Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) также полезен людям, которые страдают от грудной ангины (боль грудной клетки похожа на боль при ишемии сердечной мышцы) и может повысить переносимость нагрузок в этих случаях. При продолжительных нагрузках применение Л-карнитина (l-carnitine, L-карнитин) может увеличить VO2max (максимальная аэробная энергия, которая может быть достигнута), которая переводится в увеличение при продолжительных физических нагрузках. Л-карнитин (l-carnitine, L-карнитин) также снижает коэффициент дыхания (КД - это проводник к питательной смеси, которая используется для энергии). Значение снижения КД, что вызвано действием Л-карнитина (l-carnitine, L-карнитин), это увеличение использования жира при работе мышц с возможным углеродным (гликогенным) экономном эффекте. Экономия углерода задержит начало истощения, и таким образом продлит время выполнения физических нагрузок. Применение Л-карнитина (l-carnitine, L-карнитин) до физических нагрузок снижает накопление молочной кислоты таким образом снижая порог наступления усталости. Кроме того, прием Л-карнитина (l-carnitine, L-карнитин) полезен для облегчения боли мышц после физических нагрузок.

Главное применение L-карнитина (l-carnitine) - борьба с ожирением. Самый простой способ избавиться от лишнего веса - употреблять низкокалорийную пищу и усиленно заниматься физкультурой. Однако при прекращении диеты ненавистные килограммы неумолимо возвращаются в самые нежелательные места: бедра, живот, ягодицы . Именно для того, чтобы полноценно сжигать жир, и необходим L-карнитин. Он транспортирует жирные кислоты в митохондрии клеток, где происходит <сжигание> жиров - топлива для выработки энергии. При окислении жиров, а не углеводов и белков, высвобождается больше энергии и возрастает функциональная активность клетки, которая сохраняет гликоген и свой строительный материал - белок.

С L-карнитином Вы обретаете упругие мышцы вместо жировых складок!!!

L-карнитин (l-carnitine) оказывает существенное влияние на обмен веществ. Он улучшает энергетический обмен, укрепляя тем самым жизненные силы организма, предотвращает сердечно-сосудистые заболевания. Замедляет, в определённой мере, процесс старения, укрепляет иммунную систему, стимулирует процесс кроветворения и выделения кислорода красными кровяными тельцами, выводит яды из клеток и защищает их от многих вредных веществ и даже противодействует образованию опухолей.