История открытия белков кратко
Обновлено: 30.06.2024
Первый белок, с которым мы знакомимся в своей жизни, - это белок куриного яйца, альбумин. Он хорошо растворим в воде, при нагревании сворачивается, а при долгом хранении в тепле разрушается.
Но белок спрятан не только под яичной скорлупой. Волосы, ногти, когти, шерсть, перья, копыта, наружный слой кожи – все они почти целиком состоят из другого белка – кератина. Кератин нерастворим в воде, не сворачивается, не разрушается в земле.
Белок пепсин, содержащийся в желудочном соке, сам способен разрушать другие белки.
Белок интерферон применяется при лечении насморка и гриппа, т.к. убивает вызывающие эти болезни вирусы. А белок змеиного яда способен убить человека.
Белки, как и другие органические вещества, обладают уникальным строением и выполняют множество жизненноважных функций в организме. Поэтому, вполне естественно то, что белки имеют очень сложное строение. Некоторое представление о сложности строения белков дает химическая формула гемоглобина – белка, придающего красный цвет крови и разносящего кислород от легких по всему телу.
С3032 Н4816 О872 N780 S8 Fe4
Белки (белковые вещества) называют иначе протеины. Это название должно было подчеркнуть первостепенное биологическое название этой группы веществ (греч. protos - первый, важнейший).
Чем сложнее организм, тем больше белков он содержит. В организме бактерии примерно 3 - 4 тыс. белков, у млекопитающих - уже около 50 тыс., а в организме человека их около 5 млн.!
Белки в клетке выполняют множество функций: участвуют в ее строении, росте и во всех процессах жизнедеятельности. Без белков жизнь клетки невозможна.
История открытия белков
Свое название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался человеком как составная часть пищи. Согласно описаниям Плиния Старшего, уже в Древнем Риме яичный белок применялся и как лечебное средство. Однако подлинная история белковых веществ начинается тогда, когда появляются первые сведения о свойствах белков как химических соединений (свертываемость при нагревании, разложение кислотами и крепкими щелочами и т. п.). Среди белков животного происхождения, вслед за яичным белком, были охарактеризованы белки крови. Образование сгустков крови при ее свертывании описано еще основателем учения о кровообращении У. Гарвеем; позднее на этот факт обратил внимание и Р. Бойль. Среди растительных белков пальма первенства принадлежит нерастворимой в воде клейковине из пшеничной муки, которую впервые получил Я. Беккари. В своих работах, он отметил сходство клейковины с веществами животной природы.
К началу XIX столетия появляются первые работы по химическому изучению белков. Уже в 1803 г. Дж. Дальтон дает первые формулы белков - альбумина и желатина - как веществ, содержащих азот. В 1810 г. Ж. Гей-Люссак проводит химические анализы белков - фибрина крови, казеина и отмечает сходство их элементного состава.
Аминокислоты, как правило, имеют исторические названия - по источнику, из которого они впервые были выделены. Так, аспарагин обнаруженный в 1806 году в соке аспарагуса (спаржи), глутаминовую кислоту – в клейковине пшеницы (от лат.gluten-клей).
Цистеин впервые был выделен из камней мочевого пузыря (от греч. “цистис”- пузырь). Аргинин впервые был получен в виде соли серебра ( от лат argentum-серебро). Глицин назван так за сладкий вкус (от греч. “гликис”- сладкий). Название “лейцин” произошло от греческого слова “лейкос”- белый и т. д.
В 1934 г. Лайнус Полинг совместно с А.E. Мирски сформулировал теорию строения и функции белка. В 1936 г. он положил начало изучению атомной и молекулярной структуры белков и аминокислот (мономеров, из которых состоят белки) с применением рентгеновской кристаллографии. В 1942 г. Полингу и его коллегам, получив первые искусственные антитела, удалось изменить химическую структуру некоторых содержащихся в крови белков, известных как глобулины.В 1951 г. П. и Р.Б. Кори опубликовали первое законченное описание молекулярной структуры белков. Это был результат исследований, длившихся долгих 14 лет.
Применяя методы рентгеновской кристаллографии для анализа белков в волосах, шерсти, мускулах, ногтях и других биологических тканях, они обнаружили, что цепи аминокислот в белке закручены одна вокруг другой таким образом, что образуют спираль. Это описание трехмерной структуры белков ознаменовало крупный прогресс в биохимии.
Белки - полимеры
Белки – это сложные органические вещества, выполняющие в клетке важные функции. Они представляют собой полимерные молекулы, мономерами которых является аминокислоты.
Уникальность белка зависит от последовательности соединения определённых аминокислот. В природе известно 150 различных аминокислот, но в построение белков живых организмов обычно участвуют только 20. Благодаря особенностям своего химического строения аминокислоты способны соединяться друг с другом, образуя так называемую первичную структуру белка. Уникальность белка определяется именно последовательностью соединения определённых аминокислот.
Аминокислоты – строение.
У каждой аминокислоты имеется карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2). Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Между соединившимися аминокислотами возникает химическая связь, называемая пептидной, а образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют пептидом.
В природе известно более 150 различных аминокислот, но в построении белков живых организмов обычно участвуют только 20.
Одни из аминокислот могут быть синтезированы в клетках самого организма, другие - должны поступать в готовом виде из пищевых продуктов. В первом случае аминокислоты называют заменимыми, а во втором - незаменимыми. Набор незаменимых кислот для разных организмов различен. Например, для белой крысы незаменимыми являются 10 аминокислот, для молочно - кислых бактерий -16, для человека - 8. Незаменимые кислоты организм не может синтезировать сам, а получает исключительно из пищи - растительной и животной.
Незаменимыми для человека являются – валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, метионин, триптофан, треонин, лизин.
Благодаря особенностям своего химического строения аминокислоты способны соединяться друг с другом, образуя так называемую первичную структуру белка. Уникальность (специфичность) белка определяется именно последовательностью соединения определенных аминокислот.
Функции белков
1. Строительная – белки являются составной частью всех частей организма. Обусловлена прочностью их молекул.
Как строительный материал белки входят в состав всех клеточных мембран, геолаплазмы, органоидов, ядерного сока, хромосом и ядрышек.
2. Ферментативная – белки ускоряют течение всех химических реакций, необходимых для жизни организма.
Каталитическую функцию выполняют белки-ферменты, в десятки и сотни тысяч раз ускоряющие течение биохимических реакций в клетках при нормальном давлении температуре около 37°С. Каждый фермент может катализировать только одну реакцию, т.е. действие ферментов строго специфично.
Специфичность ферментов обусловлена наличием одного или нескольких активных центров, в которых происходит тесный контакт между молекулами фермента и специфического вещества (субстрата). Некоторые ферменты применяются в медицинской практике и пищевой промышленности.
Международный биохимический съезд (Москва, 1961 г.) учредил классификацию ферментов, в основу которой положен тип реакции, катализируемой данным ферментом. В названии фермента обязательно присутствует название субстрата, на который воздействует данный фермент, и окончание –аза. Например, целлюлаза катализирует гидролиз целлюлозы до моносахаридов, а протеаза гидролизует белки до аминокислот. По этому принципу все ферменты были разделены на 6 классов .
Большая часть ферментов связана с определенными клеточными структурами (ядро, митохондрии, пластиды, лизосомы и др.), где и осуществляется их функция.
3. Двигательная – белки обеспечивают сокращение мышечных волокон, движение ресничек и жгутиков, перемещение хромосом при делении клетки, движение органов растения.
Двигательная функция белков состоит в том, что все виды двигательных реакций клеток и организмов обеспечиваются специальными сократительными белками – актином и миозином. Они содержатся во всех мышцах, ресничках и жгутиках. Их нити сокращаются с использованием энергии АТФ.
4. Транспортная – белки переносят различные вещества внутри организма.
Транспортная функция белков заключается в переносе веществ, например, кислорода (гемоглобин), и некоторых биологически активных веществ (гормонов). В мышцах транспортную функцию берет на себя белок миоглобин.
В этом случае четко проявляется кооперативное взаимодействие всех функциональных групп биополимера. Молекула гемоглобина состоит из двух пар полипептидных цепочек, каждая из которых связана с гемом (железосодержащее соединение – красящее вещество гемоглобина). Каждый гем способен присоединять одну молекулу кислорода, а весь гемоглобин – до четырех молекул. Присоединение каждой из них облегчает присоединение следующей, а потеря одной из них – потерю следующей. Благодаря этому, гемоглобин крови легко насыщается кислородом, когда кровь течет по легочным капиллярам, и легко отдает его в тканях, где концентрация кмслорода снижается.
Белки сыворотки крови способствуют переносу липидов и жирных кислот, различных биологически активных веществ. Молекулы белков, входящие в состав плазматической мембраны, принимают участие в транспорте веществ в клетку.
5. Энергетическая – расщепление белка служит источником энергии для организмов.
Энергетическая функция белков заключается в их способности быть источником энергии в клетке (как правило, при отсутствии других). При полном ферментативном расщеплении 1 грамма белка выделяется 17, 6 кДж энергии.
6. Защитная – белки распознают и уничтожают опасные для организма вещества и др.
Защитная функция белков связана с выработкой лейкоцитами особых белковых веществ – иммуноглобулинов (антител) в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов. Антитела связывают, нейтрализуют и разрушают несвойственные организму соединения. Примером защитной функции белков может служить превращение фибриногена в фибрин при свертывании крови.
Внешнюю защитную функцию выполняют также некоторые токсичные для других организмов белки (например, содержащиеся в яде змей).
7. Сигнальная – реакция на изменение физических и химических факторов.
Сигнальная (рецепторная) функция осуществляется белками благодаря способности их молекул изменять свою структуру под влиянием многих химических и физических факторов, вследствие чего клетка или организм воспринимают эти изменения.
8. Регуляторная - белки – гормоны оказывают влияние на обмен веществ. Гормоны поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин, который снижает содержание сахара к крови. При стойком недостатке инсулина концентрация сахара увеличивается и развивается сахарный диабет.
Белки – это обязательная составная часть всех живых клеток, они играют исключительно важную роль в живой природе, являются главным, наиболее ценным и незаменимым компонентом питания. Это связанно с той огромной ролью, которую они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой структурных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии, участвуют в процессах роста и размножения, обеспечивают механизмы движений, развитие иммунных реакций, необходимы для функционирования всех органов и систем организма.
Знание процесса биосинтеза белков в живой клетке имеет огромное значение для практического решения задач в области сельского хозяйства, промышленности, медицины, охраны природы. Решение их невозможно без знания законов генетики - науки о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека.
Новейшие достижения генетики связаны с развитием генной инженерии. Генная инженерия обеспечила возможность сравнительно дешево производить в больших количествах практически любые белки, используемые в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Например, таким способом получен инсулин (используется для лечения больных сахарным диабетом), интерферон (универсальный противовирусный препарат), гормон роста (необходим для лечения карликовости) и т. д.
Дальнейший прогресс человечества во многом связан с развитием биотехнологии. Однако, неконтролируемое распространение генно-инженерных живых организмов и продуктов может нарушить биологический баланс в природе и представлять угрозу здоровью человека. Чтобы управлять этими процессами, надо знать биологические процессы, протекающие в живой клетке, в частности, процессы биосинтеза белков.
Белки относятся к важнейшим и незаменимым компонентам пищи. И хотя роль белков в организме человека еще полностью не изучена, с ними связывают процессы обмена веществ, способность к росту и размножению, деятельность нервной системы. Белки выполняют в организме ряд важнейших функций, к которым относят структурную, питательную, защитную, гормональную и другие. Более подробно мы остановимся на их функциях в следующей части нашего обзора, а сейчас расскажем об истории открытия и изучения протеинов, а также их структуре и синтезе в организме.
История открытия и изучения белков
История целенаправленного изучения белков началась в XVIII веке, когда в результате работ французского химика Антуана Франсуа де Фуркруа и других учёных по изучению таких веществ как альбумин, фибрин и глютен, белки были выделены в отдельный класс молекул.
В 1836 году появилась первая модель химического строения белков. Эта модель была предложена Мулдером на основании теории радикалов, и до конца 1850-х она оставалось общепризнанной. А всего через 2 года в 1838 году белкам было дано современное название – протеины. Его предложил работник Мулдера Якоб Йенс Берцелиус.
К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, входящих в состав белков, что видимо и послужило толчком к тому, что в 1894 году немецкий ученый Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков.
В начале XX века предположение Косселя было экспериментально доказано немецким химиком Эмилем Фишером.
В 1926 году американский химик Джеймс Самнер доказал, что фермент уреаза, вырабатываемый в организме относится к белкам. Своим открытием он открыл дорогу к осознанию важности роли играемой белками в организме человека.
В 1949 году Фред Сенгер получил аминокислотную последовательность гормона инсулина и тем самым доказал, что белки — это линейные полимеры аминокислот.
В 1960-х годах были получены первые пространственные структуры белков, основанные на дифракции рентгеновских лучей на атомарном уровне.
Научные работы по изучению этого высокомолекулярного органического вещества продолжается и в наши дни. Существует даже отдельная наука о протеинах – протеомика.
Структура и синтез белка
Белки (или протеины) относят к высокомолекулярным органическим веществам. Структурно молекула белка состоит из сотни или более, соединённых в цепочку пептидной связью, аминокислот. Существование большого количества разных аминокислот и множество комбинаций по их соединению дают в сумме огромное количество вариантов белков.
Известно, что в каждом живом организме аминокислотный состав белков определяется его собственным генетическим кодом. К примеру, в человеческом организме встречается более 5 миллионов различных белков, причем ни один из них не идентичен белкам любого другого живого организма. Для построения всего этого многообразия белков, необходимо наличие всего 22 аминокислот, которые и являются генетическим кодом человека. На первый взгляд кажется невероятным тот факт, что комбинации всего двух десятков аминокислот образуют в организме человека 5 миллионов различных видов белка, но это лишь указывает на необычайно сложную структуру их молекул.
Из 22 аминокислот составляющих генетический код человека, 9 считаются незаменимыми, так как они не синтезируются в организме человека и должны поступать в него с пищей. К ним относятся: гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин. А аминокислоты аланин, аргинин, аспарагин, карнитин, цистеин, цистин, глутаминовая кислота, глутамин, глицин, гидроксипролин, пролин, серин, тирозин не являются незаменимыми, и могут синтезироваться в организме в реакциях трансаминации (синтез из других аминокислот).
Кроме перечисленных 22 аминокислот, в организме человека встречаются еще более 150 других. Находясь в различных клетках и тканях, будучи в свободном или связанном виде, они отличаются от 22 вышеперечисленных тем, что никогда не входят в состав белков организма.
Для построения в организме белковой молекулы важно наличие всех аминокислот и количественные пропорции между ними. При уменьшении количества любой из аминокислот пропорционально уменьшается эффективность всех остальных аминокислот в процессе синтезе белка. А в случае отсутствия хотя бы одной из незаменимых, синтез будет не возможен.
А если процесс синтеза происходить не будет, то аминокислоты, получаемые из пищи, могут использоваться, лишь как источник энергии. Есть несколько важных причин, из-за которых подобный вариант для организма не эффективен. Во-первых, аминокислоты – это незаменимое сырье для синтеза полезных организму белков (в том числе гормонов и ферментов, без которых организм не сможет полноценно функционировать). Во-вторых, как сырье для получения энергии более эффективным будет использовать жиры или углеводы, так как КПД этого процесса несравненно выше. А в-третьих, продукты распада, образующиеся при сгорании белков, накапливаясь, отравляют организм.
Ни в одной области человеческих знаний не было высказано такого количества гипотез, как в химии белка.
В 1754 г. итальянский учёный Я.Б.Беккари опубликовал отчёт о работе, выполненной ы 1728 г. Он выделил из пшеничной муки клейкую массу - клейковину. Оказалось, что клейковина, вещество растительного происхождения, напоминала по свойствам продукты, которые можно было получать из животных организмов. Беккари сделал вывод о существовании особых веществ, присущих и растениям, и животным. Эта работа положила начало изучению белков.
В 1888 г. русский учёный биохимик А.Я.Данилевский на основании своих опытов впервые высказал гипотезу о пептидной связи между остатками аминокислот в белковой молекуле.
В 1899 г. исследованием белков занялись немецкие химики-органики Эмиль Фишер и Франц Гофмейстер. Они высказали предположение: в белках аминокислоты связаны за счёт аминогруппы одной кислоты и карбоксила другой. При образовании такой связи выделяется молекула воды.
Белки – природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), основа всего живого на Земле. Во всех живых организмах белки играют исключительно важную роль: они участвуют в построении клеток мышечной и нервной тканей; входят в состав кожи. Все жизненные процессы в организме осуществляются при участии белков, например с их помощью кислород доставляется из лёгких в ткани, выводится углекислый газ.
Белки – основной продукт питания. Средняя потребность человека в белке за сутки составляет 80-100 г. Много белка содержат (в%): икра – 26,7, мясо – 13-14, рыба – 13-18, горох – 22, кормовые дрожжи – 45.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Из истории открытия белков
История открытия белков Браконно Анри –французский химик (29.05. 1780– 13.01.1855) Впервые выделил (1820) из гидролизата белка аминокислоты глицин и лейцин. Совместно с П. Ж. Робике открыл (1806) первую аминокислоту аспарагин Воклен Луи Николя – французский химик 16.05.1763 г. – 14.11. 1829 г.
Антуан Франсуа де Фуркруа, основоположник изучения белков Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVII веке в результате работ французского химика Антуана Фукруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот.
Эмиль Герман Фишер (1852-1919) — немецкий химик-органик Экспериментально доказал, что белки состоят из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Осуществил первый анализ аминокислотной последовательности белка и объяснил явление протеолиза.
1838–1923 Автор теории полипептидного строения белков Исследовал химическое строение и обмен белков. Работы посвящены ферментам, химии белков и вопросам питания. Экспериментально доказал, что действие сока поджелудочной железы на белки -реакция гидролиза, в результате которой белки расщепляются до пептонов. Он показал также обратимость этого процесса и впервые осуществил ферментативный синтез белков из пептонов. Предложил первую научную классификацию белков мозга. Данилевский Александр Яковлевич – русский биохимик
ЛЮБАВИН Николай Николаевич – русский химик 22.04.1845-17.12.1918г. Изучал химию белка. Разработал способ синтеза аминокислот взаимодействием альдегидов с цианистым аммонием (1880).
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Дистанционные курсы для педагогов
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 611 767 материалов в базе
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 04.12.2015 3366
- PPTX 788 кбайт
- 20 скачиваний
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Тудупова Валентина Владимировна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса
Время чтения: 1 минута
Россияне ценят в учителях образованность, любовь и доброжелательность к детям
Время чтения: 2 минуты
В Госдуме предложили ввести сертификаты на отдых детей от 8 до 17 лет
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ
Время чтения: 1 минута
Минобрнауки и Минпросвещения запустили горячие линии по оказанию психологической помощи
Время чтения: 1 минута
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Читайте также: