Биологическая химия - [4]

В последние годы нашли широкое применение и такие методы исследований, как метод изотопов. Принцип его заключается в том, что синтезируется вещество, в молекулы которого вводят атомы радиоактивных или тяжелых изотопов. При этом учитывается, что живой организм одинаково использует как природные вещества, так и их изотопы в процессах обмена. Поэтому по поведению изотопа в организме судят о судьбе вещества, в составе которого этот изотоп находится.

Рис. 5. Аппарат для электрофореза белков на бумаге (ЭФ-2). 1 — источник питания; 2 — электрофоретическая ванна

Одним из методов, позволяющим проводить детальный анализ веществ, является электрофорез. Он основан на том, что в электрическом поле молекулы вещества, обладающие электрическим зарядом, будут передвигаться к катоду или аноду. Их скорость и направление зависят от величины заряда молекулы, ее формы, размера и т. д. Этот анализ проводится в аппарате для электрофореза (рис. 5), который в принципе состоит из стабилизатора, дающего постоянный ток, и камеры. В последней имеются две ванночки для буферного раствора, к которым подведены электроды. Между ванночками располагают полоски бумаги с исследуемым веществом. При включении тока на полосках бумаги, пропитанных буферным раствором, создается электрическое поле, в котором и будут передвигаться молекулы анализируемого вещества. Этот метод успешно применяется для разделения белков на отдельные фракции (альбумины, различные типы глобулинов и т. д.), для выделения изоферментов и т. д. В клиниках метод электрофореза используется в диагностических целях, так как при различных заболеваниях изменяется количество и состав белковых фракций сыворотки крови и тканей.

Рис. 6. Разделение каротиноидов красного перца на колонке

Рис. 7. Схема разделения смеси трех веществ на адсорбционной колонке

Хроматографические методы введены в науку и практику М. С. Цветом. Сущность метода заключается в том, что различные вещества обладают различной способностью адсорбироваться на определенных веществах — адсорбентах. Поэтому, пропуская смесь веществ через стеклянную трубку, наполненную каким-либо адсорбентом (М. С. Цвет использовал для этой цели окись алюминия), вещества распределяются на разных уровнях. На рис. 6 показано разделение каротиноидов из красного перца. Как видно из рисунка, быстрее всех передвигается а-каротин и медленнее других — ксантофилл. Чтобы собрать отдельно каждое вещество, колонку промывают растворителем. Быстрее других будет вымываться то вещество, которое было слабо связано с адсорбентом. На рис. 7 такое вещество расположено в самом конце колонки и обозначено светлыми кружочками. Вещество, прочнее соединенное с адсорбентом (обозначено на рисунке крестиками), будет вымываться последним. Разновидностью колоночной хроматографии является хроматография на бумаге. При этом смесь веществ, подлежащих разделению, наносят на полосу хроматографической бумаги, конец которой помещают в раствор с органическими растворителями (например, со смесью бутилового спирта и уксусной кислоты, фенола, пиридина и др.). В силу различной растворимости вещества смеси распределяются на разных участках полосы бумаги. Окрашивая эти вещества, можно определить состав смеси и их количества. На рис. 8 представлена хроматограмма смеси аминокислот.

Рис. 8. Двухмерная хроматограмма смеси аминокислот

Изучение обмена веществ и энергии на всех уровнях с применением самых различных методов исследований как в норме, так и при патологии, является существенным фактором для дальнейшего развития медицины в борьбе за здоровье человека.

I. Химия белков

Общая характеристика белков

Из органических веществ, входящих в состав живых организмов, наиболее важными в биологическом отношении и наиболее сложными по своей структуре являются белки. С ними мы встречаемся всюду, где имеет место проявление жизни.

Еще в прошлом столетии указывалось на важное значение белков в животном организме. Термин "белки" возник впервые в связи с обнаружением в тканях животных и растений веществ, похожих по некоторым свойствам на яичный белок (при нагревании они свертывались). Эти вещества Мульдер в 1838 г. назвал протеинами (греч. proteous — первый). Оно было основано на представлении о том, что протеины являются важнейшей составной частью живой материи, без которой была бы невозможна жизнь. Теперь определение "белки" стало собирательным понятием для целого класса веществ, которые имеют много общего в составе и свойствах, присутствуют в каждой живой клетке и образуют там главную массу протоплазмы.

Классическое определение роли белков как основы всего живого было дано Ф. Энгельсом[1]. Он писал, что всюду, где мы встречаем жизнь, находим, что она связана с каким-то белковым телом и повсюду, где находится белковое тело, только не в состоянии разложения, всегда без исключения встречаются и с явлениями жизни. Это представление Энгельса не утратило своего значения и до настоящего времени. Теперь, говоря о роли белков, отмечаются их многообразные функции в организме.

Биологическое значение белков и их распространение в природе