Эта увлекательная химия

Что же представляют собой белки, каков их состав, как построена молекула белка[3].

К концу прошлого века накопился материал, позволивший предположить, что белки состоят из аминокислот. К 1902 г. было известно 17 аминокислот, входящих в состав белков.

В 1899 г. исследованием белков занялся немецкий химик — органик Эмиль Фишер. Уже через два года Фишер сообщил о результатах анализа казеина — белка, содержащегося в молоке. Однако оставалось неясно — только ли из аминокислот состоят белки, или в состав этих весьма сложных веществ входят и другие компоненты. В результате многолетних исследований стало ясно: белки — растительного, животного и микробного происхождения — построены из одних и тех же аминокислот, и только из аминокислот. Фишер, кроме того, выяснил, что в разные белки входят разные количества аминокислот. Ясно стало и другое: впечатляющее многообразие белков (а их известны многие тысячи) не объяснишь только варьированием количеств аминокислот. Напрашивалась мысль — белки различаются не только составом, но и взаимным расположением аминокислот.

В 1902 г. Эмиль Фишер и Франц Гофмейстер высказали предположение: в белках аминокислоты связаны за счет аминогруппы одной кислоты и карбоксила другой. При образовании такой амидной связи выделяется молекула воды. Продукт реакции — пептид- может состоять из двух аминокислот:

Но ведь в таком дипептиде тоже есть свободная аминогруппа и свободный карбоксил! Значит, они могут присоединять к себе все новые и новые аминокислоты. Не так ли образуются белки?

Гипотеза нуждалась в проверке. И Фишер блестяще подтвердил свое предположение. В 1907 г. ему Удалось искусственно синтезировать пептид, состоящий из 18 аминокислот. По свойствам этот полипептид напоминал природные белки. Больше того, обнаружился интересный факт. В любом живом организме находятся различные ферменты, которые расщепляют поступающие с пищей белки. Так вот, синтезированные искусственно полипептиды тоже расщеплялись ферментами на аминокислоты. Ферменты "признавали" в полипептидах белки!

Итак, белки — это очень длинные молекулы, нити которых состоят из звеньев аминокислот, сцепленных амидными (пептидными) связями. Роль белков в биологических процессах исключительно велика. Более того, можно без преувеличения сказать, что все сколько-нибудь существенные химические реакции в живом организме происходят при участии белков. Об этом мы поговорим немного позже.

Как и при искусственном синтезе, живой организм синтезирует все необходимые белки из аминокислот. Некоторые из этих аминокислот могут синтезироваться в организме человека из других, не входящих в состав белка продуктов. Такие аминокислоты называют заменимыми. Но есть незаменимые аминокислоты, в организме человека они не синтезируются. Их всего восемь: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан. Именно поэтому белок — важнейшая составная часть пищи. Ежедневно взрослому человеку требуется около 80 г аминокислот, из них незаменимых — 30 г. Любая пища характеризуется определенным соотношением аминокислот. В этом смысле идеально женское молоко. По составу близки к нему животные, белки (например, мясо), а вот состав растительных белков сильно отличается от идеального (в пшенице, на-пример, недостает лизина).

Получать аминокислоты можно двумя путями. Первый путь — синтез из обычных органических полупродуктов, например из нитрометана. Но при этом будет получаться смесь обоих стереоизомеров каждой аминокислоты, а ведь организмом усваивается только один антипод. Следовательно, полученная синтетически неразделенная смесь оптических изомеров (рацемат) аминокислот будет наполовину состоять из балласта. Мало того, D-изомеры некоторых аминокислот могут оказаться вредной примесью, нарушающей жизненно важные функции организма.

Привлекателен другой путь — получать искусственный белок, используя, например, специальные дрожжи, питающиеся углеводородами нефти. Такой белок можно гидролизовать до аминокислот, которые затем использовать в качестве пищи. Микроорганизмы производят белок, который состоит только из нужных человеку стереоизомеров аминокислот. Поскольку такую пищу получают не чисто синтетическим путем, она называется искусственной.

Чистые аминокислоты в качестве добавок можно вводить в обычную пищу. Например, можно существенно повысить питательную ценность хлебных продуктов, добавляя в них искусственно полученный лизин, а также метионин и триптофан. При некоторых заболеваниях в критических ситуациях жизнь человека поддерживают, вводя в его организм смесь аминокислот, углеводов, витаминов и солей.

Сейчас во всем мире ведутся интенсивные работы по созданию вкусной искусственной пищи. Трудностей здесь очень много. Но можно сформулировать основные проблемы: по аминокислотному составу, внешнему виду, вкусу и, наконец, запаху искусственный продукт должен максимально походить на натуральный.