Аффинная хроматография, или хроматография по сродству

Это наиболее специфичный метод выделения индивидуальных белков, основанный на избирательном взаимодействии белков с лигандами, прикреплёнными (иммобилизированными) к твёрдому носителю. В качестве лиганда может быть использован субстрат или кофермент, если выделяют какой-либо фермент, антигены для выделения антител и т.д. Через колонку, заполненную иммобилизованным лигандом, пропускают раствор, содержащий смесь белков. К ли-ганду присоединяется только белок, специфично взаимодействующий с ним; все остальные белки выходят с элюатом (рис. 1-58). Белок, адсорбированный на колонке, можно снять, промыв её раствором с изменённым значением рН или изменённой ионной силой. В некоторых случаях используют раствор детергента, разрывающий гидрофобные связи между белком и лигандом.

Аффинная хроматография отличается высокой избирательностью и помогает очистить выделяемый белок в тысячи раз.

Билет № 26

1)Стероиды, класс органических соединений, относящихся по химической природе к изопреноидам

. Стероиды — вещества животного или реже растительного происхождения, обладающие высокой биологической активностью. Стероиды образуются в природе из изопреноидных предшественников. Особенностью строения стероидов является наличие конденсированной тетрациклической системы гонана (прежнее название — стеран). Ядро гонана в стероидах может быть насыщенным или частично ненасыщенным, содержать алкильные и некоторые функциональные группы — гидроксильные, карбонильные или карбоксильную.

В регуляции обмена веществ и некоторых физиологических функций организма участвуют стероидные гормоны. Ряд синтетических гормонов, например, преднизолон, по действию на организм превосходят природные аналоги. В группу стероидов входят содержащиеся в организме человека стероидный спирт холестерин, а также желчные кислоты — соединения, имеющие в боковой цепи карбоксильную группу, например, холевая кислота.

Холестери́н (др.-греч. χολή — желчь и στερεός — твёрдый; синоним: холестерол) — органическое соединение, природный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов за исключением безъядерных (прокариоты). Нерастворим в воде, растворим в жирах и органических растворителях. Около 80 % холестерина вырабатывается самим организмом (печенью, кишечником, почками, надпочечниками, половыми железами), остальные 20 % поступают с пищей^[1]. В организме находится 80 % свободного и 20 % связанного холестерина. Холестерин обеспечивает стабильность клеточных мембран в широком интервале температур. Он необходим для выработки витамина D, выработки надпочечниками различных стероидных гормонов, включаякортизол, альдостерон, женских половых гормонов эстрогенов и прогестерона, мужского полового гормона тестостерона, а по последним данным — играет важную роль в деятельности синапсов головного мозга и иммунной системы, включая защиту от рака^[

К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов являетсяхолестерин (холестерол).

Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации – конформацию «кресла» либо «лодки».

В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла» (рис. 6.2), что является более устойчивой конформацией. В свою очередь по отношению друг к другу кольца могут находиться в цис- или транс-положениях.

Холестерин. Как отмечалось, среди стероидов выделяется группа соединений, получивших названиестеринов (стеролов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов – холестерина – все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом:

 

2) Окисление биологическое (клеточное или тканевое дыхание) — окислительно-восстановительные реакции, протекающие в клетках организма, в результате которых сложные органические вещества окисляются при участии специфическихферментов кислородом, доставляемым кровью. Конечными продуктами биологического окисления являются вода и двуокись углерода. Освобождающаяся в процессе биологического окисления энергия частично выделяется в виде тепла, основная же ее часть идет на образование молекул сложных фосфорорганических соединений (главным образом аденозинтрифосфата — АТФ), которые являются источниками энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.
При этом процесс окисления состоит в отнятии от окисляемого вещества (субстрата) электронов и равного им числа протонов. Субстратами биологического окисления являются продукты превращений жиров, белков и углеводов. Биологическое окисление субстратов до конечных продуктов осуществляется цепью последовательных реакций, в число промежуточных продуктов которых входят трикарбоновые кислоты — лимонная, цисаконитовая и изолимонная кислоты, поэтому вся цепь реакций носит название цикла трикарбоновых кислот, или цикла Кребса (по имени исследователя, установившего этот цикл).
Начальной реакцией цикла Кребса является конденсация щавелево-уксусной кислоты с активированной формой уксусной кислоты (ацетата), которая представляет собой соединение с коферментом ацетилирования — ацетил-КоА. В результате реакции образуется лимонная кислота, которая после четырехкратной дегидрогенизации (отщепление от молекулы 2 атомов водорода) и двукратного декарбоксилирования (отщепление молекулы CO₂) образует щавелевоуксусную кислоту. Источниками ацетил-КоА, использующегося в цикле Кребса, являются уксусная кислота, пировиноградная кислота — один из продуктов гликолиза (см.), жирные кислоты (см.) и пр. Наряду с окислением ацетил-КоА в цикле Кребса могут подвергаться окислению и другие вещества, способные превращаться в промежуточные продукты этого цикла, например многие из аминокислот, образующиеся при распаде белка. Ввиду обратимости большинства реакций цикла Кребса продукты распада белков, жиров и углеводов (интермедиаты) в нем могут не только окисляться, но и получаться при его обращении. Так осуществляется связь между обменом жиров, белков и углеводов.
Протекающие в цикле Кребса реакции окисления не сопровождаются, как правило, образованием богатых энергией соединений. Исключение представляет превращение сукцинил-КоА в сукцинат (см. Янтарная кислота), которое сопровождается образованием гуанозинтрифосфата. Большая часть АТФ образуется в цепи дыхательных ферментов (см.), где перенос электронов (а на первых этапах и протонов) к кислороду сопровождается выделением энергии.
Реакции отщепления водорода осуществляются ферментами класса дегидрогеназ, причем атомы водорода (т. е. протоны + электроны) присоединяются к коферментам: никотинамидадениндинуклеотиду (НАД), никотинамидадениндинуклеотид-фосфату (НАДФ), флавинадениндинуклеотиду (ФАД) и др.
Процессы биологического окисления, связанные с циклом Кребса и цепью дыхательных ферментов, протекают преимущественно в митохондриях и локализованы на их мембранах.
Таким образом, процессы биологического окисления, связанные с циклом Кребса, имеют значение как при образовании соединений, богатых энергией, так и для осуществления связи углеводного, жирового и белкового обмена. Другие виды биологического окисления, по-видимому, имеют более узкое значение, например энергообеспечение клеток. Такова стадия гликолиза, заключающаяся в окислении ряда фосфорных соединений с одновременным восстановлением НАД и образованием АТФ или реакции пентозного цикла (т. е. окислительного превращения глюкозо-6-фосфата), сопровождающихся образованием фосфопентоз и восстановленного НАДФ. Пентозный цикл играет важную роль в тканях, характеризующихся интенсивно протекающими синтезами — нуклеиновых, жирных кислот, холестерина и пр.

• при биологическом окислении от органической молекулы под действием соответствующего фермента отщепляются 2 атома водорода. В ряде случаев при этом между ферментами и окисленной молекулой образуется неустойчивая, богатая энергией (макроэргическая) связь. Она используется для образования макроэргического соединения — АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) — «конечной цели» большинства процессов биологического окисления. А 2 отнятых атома водорода оказываются в результате реакции связанными с коферментом (см. Ферменты) НАД (никотинамидадениндинуклеотидом) или с НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфатом). Дальнейшая судьба водорода может быть различной. При анаэробном (бескислородном) окислении он переносится на некоторые органические молекулы; так образуются этиловый спирт, молочная кислота, глицерин и ряд других веществ. При аэробном окислении водород через цепь переносчиков передается на кислород с образованием воды. Основная часть цепи переноса водорода расположена в мембранах митохондрий. При этом переносе из АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) и неорганического фосфата образуется АТФ. Аэробное окисление намного эффективнее анаэробного. При анаэробном окислении глюкозы образуются лишь 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы (см. Гликолиз). При аэробном же окислении глюкоза «сжигается» до углекислого газа и воды (СО2 и Н2О) с образованием 36 молекул АТФ (см. Дыхание). Следовательно, эволюционно более молодое аэробное окисление глюкозы в 18 раз энергетически более выгодно, чем анаэробное.
  
  3) КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА ГОРМОН

1. Качественные реакции на инсулин

а) Реакция Геллера. К 10 каплям концентрированной азотной кислоты осторожно по стенке пробирки приливают равный объем (10 капель) раствора инсулина. Пробирку наклоняют под углом 45^о так, чтобы жидкости не смешивались. На границе двух жидкостей образуется белый аморфный осадок в виде небольшого кольца.

б) Биуретовая реакция. К 10 каплям инсулина добавляют 5 капель 10%-го раствора едкого натра и 1 каплю 1%-го раствора сернокислой меди. Жидкость окрашивается в фиолетовый цвет.

в) Реакция Фоля. К 5 каплям раствора инсулина приливают 5 капель реактива Фоля и кипятят. Через 1-2 минуты появляется бурый или черный осадок сульфида свинца.

^ 2. Качественные реакции на адреналин

По химической природе адреналин является производным пирокатехина. Он легко окисляется, превращаясь в неактивный хинон – адренохром (красного цвета):

Адренохром далее полимеризуется с образованием высокомоле-кулярного коричневого пигмента.

а) Реакция с хлорным железом. При взаимодействии адреналина с хлорным железом образуется зеленое комплексное соединение типа фенолята.

В пробирку вносят три капли раствора адреналина (1:1000) и 1 каплю 1%-го раствора хлорного железа. Жидкость приобретает зеленое окрашивание. При добавлении 1 капли концентрированного аммиака окраска переходит в красную вследствие образования адренохрома, а затем в коричневую

б) Диазореакция. В результате взаимодействия адреналина с диазосоединениями образуются азокрасители.

В пробирку вносят по 3 капли 1%-го раствора сульфаниловой кислоты, 5%-го раствора азотистокислого натрия, 5 капель раствора адреналина (1:1000) и 3 капли 10%-го раствора углекислого натрия. Жидкость окрашивается в красный цвет.

^ 3. Реакция на фолликулин

Фолликулин (эстрон), половой гормон стероидной структуры, является производным углеводорода эстрана:

а) Реакция с концентрированной серной кислотой. При взаимодей-ствии фолликулина с концентрированной серной кислотой образуется эфирное соединение соломенно-желтого цвета (фолликулинсульфат):

В пробирку вносят 3-5 капель масляного раствора фолликулина и 2 капли концентрированной серной кислоты. Жидкость окрашивается в соломенно-желтый цвет.

^ 4. Определение 17-кетостероидов в моче

17-кетостероиды являются конечным продуктом обмена гормонов коры надпочечников половых гормонов (тестостерона и эстрадиола). При 17-м углеродном атоме циклопентанпергидрофенантренового ядра они имеют кетогруппу.

^ Принцип метода. Нормальное содержание 17-кетостероидов в суточной моче составляет 10-16 мг у мужчин и 6-13 мг у женщин. Качественная реакция на 17-кетостероиды проводится с м -динитро-бензолом, при этом образуется продукт конденсации вишнево-красного цвета.

^ Ход работы. В пробирку вносят 5 капель мочи, 5 капель 30%-го раствора едкого натра, 5 капель 2%-го раствора м -динитробензола в этиловом спирте и перемешивают. Через 2-3 мин появляется вишнево-красное окрашивание, характерное для 17-кетостероидов.

^ 5. Реакция на тироксин

При щелочном гидролизе тироксина с KOH образуется иодистый калий. Его можно окислить в молекулярный иод иодатом калия в кислой среде. Иод дает синее окрашивание с крахмалом:

5KI + KIO₃ 3I®¾+ 6HCl ₂ + 6KCl + 3H₂O,

I₂ синее окрашивание.®¾+ крахмал

^ Ход работы. Таблетированный тиреоидин (5 таблеток) растирают в ступке. Порошок переносят в колбу, добавляют 5 мл 10%-го раствора KHCO₃ и 5 мл дистиллированной воды. Смесь кипятят в течение 10-15 минут.

24 капли охлажденного гидролизата переносят в пробирку и добавляют по каплям 10%-й раствор серной кислоты до кислой реакции (на лакмус). После подкисления добавляют 3 капли 1%-го раствора крахмала и 5-10 капель 2%-го раствора иодата калия (не следует добавлять избыток). Выделившийся иод дает синее окрашивание с крахмалом.

 

Билет № 28