Белтъци

Ãëà­âà 2. ÁÅË­ÒÚ­ÖÈ
Це­ли
Да се раз­ г­ ле­ да зна­ че­ни­е­то, със­ та­вът и струк­ ту­ра­ та на бел­ тъ­ци­те, да се свър­ же струк­ ту­
ра­ та на бел­ тъ­ци­те с тях­ на­ та фун­ к­ция и да се да­ дат при­ ме­ри за при­ ло­ же­ние на те­ зи поз­ на­ния
в кли­нич­на­ та прак­ ти­ка.
2.1. Зна­че­ние, със­тав и свойс­т­ва на бел­тъ­ците
2.1.1. Ре­зю­ме
Бел­тъ­ци­те са хе­ те­ро­би­о­по­ ли­ме­ри, ко­и­то се по­ лу­ча­ват при по­ ли­кон­денза­ция на 20 т. нар.
"при­род­ни" α-ами­но­ки­се­ли­ни, 19 от ко­ и­то са оп­ тич­ноак­ тив­ни (всич­ ки от l-сте­ри­чен ред),
ед­на е оп­ ти­чес­ки не­ ак­ тив­на (Гли) и ед­ на е цик­ лич­на ими­ но­ки­се­ли­на (Про). Мо­ но­ ме­ри­те са
свър­ за­ни по­ меж­ду си чрез пеп­ тид­ни връз­ ки. Зна­ че­ни­е­то на бел­ тъ­ци­те про­ из­ти­ча от раз­ но­об­
раз­ни­те им и жиз­ не­но важ­ ни фун­ к­ции, ко­ и­то те из­ пъл­ня­ват в ор­ га­низ­ ма (струк­ ту­ро-об­ра­зу­
ва­ща, ка­ та­ ли­тич­на, за­щит­на, ре­ гу­ ла­ тор­на, тран­ с­пор­ т­на, дви­ га­ тел­на, ре­ цеп­тор­но-сиг­ нал­на и
ре­ зер­в­на).
α-Въг­ ле­род­ни­ят атом на ами­ но­ки­се­ли­ни­те, кой­ то но­ си ами­ но- и кар­ бок­ сил­на­ та гру­ па, е
аси­мет­ ри­чен с из­ к­лю­ че­ние при гли­ цина. Спо­ ред хи­ ми­чес­ка­ та струк­ ту­ра на страничните
вериги­ , ами­но­ки­се­ли­ни­те се де­ лят на али­ фат­ни, с хид­ рок­ сил­на гру­ па, S-съ­ дър­жа­щи, аро­ мат­
ни, ки­ се­ли, ки­ се­лин­ни ами­ ди и ба­ зич­ни. Спо­ ред по­ ляр­ност­та на страничната верига, ами­ но­
ки­се­ли­ни­те се де­ лят на хид­ ро­фоб­ни (не­ по­ ляр­ни) и хид­ ро­фил­ни (по­ ляр­ни). Раз­ но­об­раз­ни­те
фун­к­ци­о­нал­ни гру­ пи в страничните вериги, на­ ред с край­ ни­те ами­ но- и кар­ бок­ сил­на гру­ пи, са
от зна­ че­ние за струк­ ту­ра­ та, свойс­ т­ва­ та и фун­ к­ци­и­те на бел­ тъч­на­ та мол­ e­ку­ ла.
Част от по­ ляр­ни­те гру­ пи са йо­ но­ген­ни и мо­ гат да имат раз­ ли­чен за­ ряд при про­ мя­на на
рН. При фи­ зи­о­ ло­гич­но рН по­ ло­ жи­тел­но за­ре­ де­ни са: ε-ами­но-гру­ па­ та на ли­ зи­на, ими­ да­зо­ ло­
вият пръс­ тен на хис­ ти­ди­на, гу­ а­ни­до-гру­ па­ та на ар­ ги­ни­на и край­ на­ та ами­ но-гру­ па. При фи­ зи­
о­ ло­гич­но рН от­ ри­ца­ тел­но за­ре­ де­ни са β-кар­бок­ сил­на­ та гру­ па на ас­ па­ра­ги­но­ва­ та ки­се­ли­на,
γ-кар­бок­ сил­на­ та гру­ па на глу­ та­ми­но­ва­ та ки­се­ли­на и край­ на­ та кар­ бок­ сил­на гру­ па. На­ ли­чи­е­то
на ба­зич­ни и ки­ се­лин­ни гру­ пи при­ да­ва на бел­ тъ­ци­те ам­фо­ тер­ни свойс­ т­ва и обус­ ла­вя су­ мар­
ния за­ ряд на бел­ тъч­ни­те мо­ ле­ку­ ли.
2.1.2. Оп­ре­де­ле­ние и зна­че­ние на бел­тъ­ците
Бел­тъ­ци­те са хе­ те­ро­би­о­по­ ли­ме­ри - ви­со­ко­ мо­ ле­кул­ни съ­е­ ди­не­ния, из­ г­ра­де­ни от мо­ но­ ме­
ри - 20 ви­ да т. нар. "при­ род­ни" α−ами­но­кис­e­ли­ни, 19 от ко­ и­то са оп­ тич­но-ак­ тив­ни (всич­ ки
от l-сте­ри­чен ред), ед­ на е оп­ ти­чес­ки не­ ак­ тив­на (Гли) и ед­ на е цик­ лич­на ими­ но­ки­се­ли­на
(Про). Ами­ но­ки­се­ли­ни­те са свър­ за­ни в по­ ли­пеп­тид­ни ве­ри­ги чрез пеп­ тид­ни връз­ ки. Мо­ ле­
кул­на­ та ма­са на бел­ тъ­ци­те е от 10 000 до сто­ ти­ци хи­ля­ди.
Бел­тъ­ци­те се де­ лят на прос­ ти и слож­ ни. Прос­ ти­те при хид­ ро­ ли­за се раз­ г­раж­дат са­ мо до
ами­но­ки­се­ли­ни, а слож­ ни­те - до ами­ но­ки­се­ли­ни и не­ бел­тъч­на със­ тав­ка. Спо­ ред фор­ ма­ та си
бел­тъ­ци­те се де­ лят на гло­ бу­ лар­ни (сфе­ рич­ни - с ком­ пак­ т­но на­гъ­на­ ти ве­ри­ги, със съ­ от­но­ше­ние
на оси­ те за дъл­ жи­на към ши­ ри­на обик­ но­ве­но 3-4 към 1 до 10 към 1) и фиб­ ри­лар­ни (сил­ но
удъл­же­ни мо­ ле­ку­ ли, в ко­ и­то дъл­ га­ та ос над­ ви­ша­ва къ­са­ та ос сто­ ти­ци пъ­ти).
Мо­ ле­ку­ ла­ та на да­ ден бел­ тък съ­ дър­жа ед­ на или по­ ве­ че по­ ли­пеп­тид­ни ве­ри­ги. Вся­ ка
по­ ли­пеп­тид­на ве­ри­га съ­дър­жа раз­ ли­чен брой от два­ де­ сет­те ви­да мо­но­ ме­ри. При ва­ ри­ра­не на
броя и под­ реж­да­не­то на мо­ но­ ме­ри­те, ор­га­низ­ ми­те мо­гат да син­ те­ зи­рат ог­ ро­ мен брой раз­ лич­
ни ве­ри­ги, респ. бел­ тъ­ци с раз­ но­об­раз­ни фун­ к­ции.
Зна­че­ни­е­то на бел­ тъ­ци­те про­ из­ти­ча от раз­ но­об­раз­ни­те и жиз­ не­новаж­ ни фун­ к­ции, ко­ и­
то те из­ пъл­ня­ват в ор­ га­низ­ ма:
1) струк­ ту­ро­об­ра­зу­ва­ща фун­ к­ция: Бел­ тъ­ци­те имат мно­ го доб­ ре из­ра­зе­на спо­ соб­ност
за­ед­но с дру­ ги ви­со­ко­ мо­ ле­кул­ни съ­е­ ди­не­ния да из­ г­раж­дат по-слож­ ни ком­ п­лек­ си, ко­и­то об­ра­
зу­ват раз­ лич­ни вът­ рек­ле­тъч­ни и меж­ дук­ле­тъч­ни струк­ ту­ри.
2) ка­ та­ ли­тич­на фун­ к­ция: Част от бел­ тъ­ци­те са ен­ зи­ми, т. е. би­ о­ка­ та­ ли­за­ то­ри на оп­ ре­ де­
ле­ни хи­мич­ни ре­ ак­ции.
3) за­щит­на фун­ к­ция: Част от тях са ан­ ти­те­ла, ко­и­то свър­ з­ват и обез­ в­реж­дат по­ пад­на­ ли

Белтъци  59
в ор­га­низ­ ма чуж­ ди мак­ ро­ мо­ ле­ку­ ли. Дру­ ги бел­ тъ­ци учас­ т­ват в кръ­ во­ съ­сир­ва­не­то (пре­ дот­в­ра­
тя­ват за­гу­ ба на кръв при ув­ реж­да­не на кръ­ во­нос­ни съ­до­ве) или са ком­ по­нен­ти на сис­ те­ма­ та
на ком­ п­ле­мен­та, ко­ я­то до­пъл­ва дейс­ т­ви­е­то на ан­ ти­те­ла­ та за уни­ що­ жа­ва­не на чуж­ ди за ор­ га­
низ­ ма клет­ ки.
4) ре­гу­ ла­ тор­на фун­ к­ция: Част от тях са хор­ мо­ни. Дру­ ги, напр. ДНК-свър­ з­ва­щи бел­ тъ­ци
пов­ ли­я­ват ек­ с­п­ре­ си­я­та на ге­ ни­те.
5) тран­ с­пор­ т­на фун­ к­ция: Бел­ тъ­ци­те свър­ з­ват об­ ра­ ти­мо и пре­ на­сят по кръ­ вен път раз­
лич­ни ве­щес­т­ва - нап­ри­мер хе­ мог­ ло­би­нът пре­ на­ся кис­ ло­род и въг­ ле­ро­ ден диоксид, тран­ с­ фе­
ринът пре­ на­ся Fe; це­ ру­ лоп­лаз­ ми­нът - Cu, ал­ бу­ ми­нът - вис­ши мас­ т­ни ки­се­ли­ни, би­ ли­ру­ бин и
др. Раз­ по­ ло­ же­ни­те в мем­ б­ра­ни­те бел­ тъ­ци оси­ гу­ря­ват спе­ ци­фи­чен ак­ ти­вен пре­ нос на ве­ щес­
т­ва през мем­ б­ра­ни­те.
6) дви­ га­ тел­на фун­ к­ция: Сък­ ра­ ти­тел­ни­те бел­ тъ­ци ак­ тин и ми­ о­зин са в ос­ но­ва­ та на мус­
кул­но­ то сък­ ра­ще­ние, а тех­ ни ана­ ло­зи - в "рес­ нич­ки" и "опаш­ ки" ка­ то дви­ га­ те­лен апа­ рат на
ед­нок­ле­тъч­ни и др.
7) ре­цеп­тор­на и сиг­ нал­на фун­ к­ция: Част от бел­ тъ­ци­те са ре­ цеп­то­ри на хор­ мо­ни или
дру­ги ве­щес­т­ва. Ре­цеп­то­ри­те раз­поз­на­ват и пре­ да­ват хор­ мо­нал­ния сиг­ нал към вът­ реш­ност­та
на клет­ ка­ та.
8) "ре­ зер­в­на" фун­ к­ция: Във фе­ ри­ти­на се скла­ ди­рат за­ па­си от же­ ля­зо, в ми­ ог­ ло­би­на -
кис­ло­род и др. Ос­ вен то­ ва те са из­ точ­ник на би­ о­ ло­гич­но ак­ тив­ни ве­щес­т­ва, ко­и­то се об­ ра­зу­
ват при ди­ си­ми­ла­ци­я­та им. Те мо­ гат да бъ­ дат и из­ точ­ник на енер­ гия - в край­ ни си­ту­ а­ции след
из­ чер­п­ва­не на дру­ ги­те енер­ гий­ни из­точ­ни­ци (въг­ ле­ хид­ра­ ти и маз­ ни­ни).
2.1.3. Хи­ми­чес­ка струк­ту­ра на ами­но­ки­се­ли­ни­те, из­г­раж­да­щи бел­тъ­ци­те
Об­ща­ та фор­ му­ ла на α-ами­но­ки­се­ли­ни­те е да­ де­на на фиг. 2-1. Всич­ ки ами­ но­ки­се­ли­ни
имат кар­ бок­ сил­на гру­ па и ами­ ног­ру­па при общ α-въг­ ле­ро­ ден атом (при про­ лин вмес­ то ами­
но- има цик­ лич­на ими­ но-гру­ па). Те­ зи имен­ но гру­ пи учас­ т­ват в об­ ра­зу­ва­не на ко­ ва­ лен­т­ни­те
пеп­тид­ни връз­ ки и из­ г­раж­дат ске­ ле­та на по­ ли­пеп­тид­ни­те ве­ри­ги. При не­ ут­ рал­ни рН стой­ нос­
ти сво­ бод­ни­те l-α-ами­но­ки­се­ли­ни в раз­ т­вор са пре­ об­ ла­да­ва­що под фор­ ма на близ­ на­ чен йон
(цви­тер­йон), т.е. за­ ре­ де­на е как­ то кар­ бок­ сил­на­ та, та­ка и ами­ но-гру­ па­ та.
α-Въг­ ле­род­ни­ят атом в ами­ но­ки­се­ли­ни­те е аси­ мет­ ри­чен, с из­ к­лю­ че­ние при гли­ цина, в
кой­то R = H, т.е. α-въг­ ле­род­ни­ят атом ня­ ма че­ти­ри раз­ лич­ни за­мес­ти­те­ли.
Фиг. 2-1. Аб­ со­ лют­на кон­ фи­гу­ ра­ция на l-ами­но­ки­се­ ли­на (вля­ во) и
d-ами­но­ки­се­ ли­на (вдяс­ но). При фи­ зи­о­ ло­гич­но рН (око­ ло 7) кар­
бок­ сил­на­та и ами­ но-гру­ па­та са за­ ре­ де­ни.
Фор­ му­ ли­те на ами­ но­ки­се­ли­ни­те, из­г­раж­да­щи бел­ тъ­ци­те, са да­ де­ни на фиг. 2-2. В за­ ви­
си­мост от хи­ ми­чес­ка­ та струк­ ту­ра на страничните вериги­ се раз­ п­ре­ де­лят в под­ г­ру­пи, как­ то
след­ва:
1) Али­ фат­ни ами­ но­ки­се­ли­ни: гли­ цин, ала­ нин, ва­ лин, лев­ цин, изо­ лев­цин
2) Хид­ рок­ си-ами­ но­ки­се­ли­ни: се­ рин, тре­ о­нин
3) S-съ­ дър­жа­щи ами­ но­ки­се­ли­ни: цис­ те­ин, ме­ ти­о­нин
4) Аро­ мат­ни ами­ но­ки­се­ли­ни: фе­ ни­ла­ ла­нин, ти­ ро­зин, трип­ то­фан
5) Цик­ лич­на ими­ но-ки­се­ли­на: про­ лин
6) С до­ пъл­ни­тел­на ба­зич­на гру­ па: ли­ зин, ар­ ги­нин, хис­ ти­дин
7) С до­ пъл­ни­тел­на кар­ бок­ сил­на гру­ па и тех­ ни­те ами­ ди: ас­ па­ра­ги­но­ва ки­се­ли­на, глу­ та­
ми­но­ва ки­се­ли­на, ас­па­ра­гин, глу­ та­мин.
Те­ зи два­ де­ сет ами­ но­ки­се­ли­ни, ед­ ни и съ­ щи за всич­ ки ор­га­низ­ ми, се на­ ри­чат ко­ ди­ра­ни,
за­що­ то за тях има спе­ ци­фич­ни ко­ до­ни в ге­ но­ ма. За вся­ ка от тях има по­ не един спе­ ци­фи­чен
ко­ дон в ДНК. Чрез до­ пъл­ни­тел­ни хи­ми­чес­ки след­ син­те­тич­ни мо­ ди­фи­ка­ции ня­ кои от те­ зи
ами­но­ки­се­ли­ни, ве­ че вклю­ че­ни в по­ ли­пеп­тид­на ве­ри­га, се прев­ ръ­щат в про­ из­вод­ни ами­ но­ки­
се­ли­ни: напр. цис­ тин (при окис­ ле­ние на два цис­ те­и­но­ви ос­та­ тъ­ка), хид­ рок­ сип­ро­ лин и хид­
рок­ си­ли­зин в ко­ ла­ген, дес­ мо­зин в елас­ тин, γ-кар­бок­ сил­г­ лу­та­мат в прот­ ром­бин и др.
2.1.4. От­но­си­тел­на хид­ро­фоб­ност на ами­но­ки­се­лин­ни­те остатъци
Въз ос­ но­ва на от­ но­ си­тел­на­ та хид­ ро­фил­ност или хид­ ро­фоб­ност на страничните вериги
(склон­ ност­та да се свър­ з­ват или не с во­ да) ами­ но­ки­се­ли­ни­те се раз­ де­лят най-об­ що на хид­ ро­
фил­ ни (Арг, Хис, Лиз, Асп, Глу, Асн, Глн, Цис, Сер, Тре, Гли) и на хид­ ро­ фоб­ ни (Ала, Вал, Лев,

60  Г. Косекова, В. Митев, А. Алексеев, Т. Николов – Лекции по биохимия

Белтъци  61
Иле, Мет, Про, Фал, Тир, Три) [98]. По­ ра­ди на­ ли­чи­е­то на раз­ лич­ни гру­ пи ня­кои от ами­ но­ки­
се­ли­ни­те са ам­ фи­па­ тич­ни, т. е. в за­ ви­си­мост от мик­ ро­об­к­ръ­же­ни­е­то про­ ме­нят от­ на­ся­ни­я­та
си от хид­ ро­фоб­ни на хид­ ро­фил­ни.
От­но­ си­тел­на­ та хид­ ро­фоб­ност се из­ мер­ва ка­ то енер­ гия на пре­ нос (kJ/mol) на ами­ но­ки­
се­ли­на­ та от не­ по­ ля­рен раз­ т­во­ри­тел във во­ да. Ка­ то мяр­ ка за хид­ ро­фоб­ност­та се из­ пол­з­ва и т.
нар. хид­ ро­па­ ти­чен ин­ декс (табл. 2-1) [77]. От­ ри­ца­ тел­ни­те, респ. по­ ло­ жи­тел­ни­те стой­ нос­ти на
та­зи ве­ли­чи­на по­каз­ват, че ами­ но­ки­се­лин­ни­ят ос­та­ тък в да­ ден бел­ тък мо­ же да се на­ ми­ра във
вод­но, респ. хид­ ро­фоб­но об­к­ръ­же­ние.
Ка­ то ця­ло по­ ляр­ност­та на страничните вериги ва­ ри­ра ши­ ро­ко, от сил­ но не­по­ ляр­ни
(хид­ро­фоб­ни, напр. трип­ то­фан, фе­ ни­ла­ ла­нин, изо­ лев­цин) до сил­ но по­ ляр­ни (хид­ ро­фил­ни,
напр. ли­ зин, ар­ ги­нин). Във вся­ ка гру­ па ами­ но­ки­с