Альбумин

Альбумин (от латинского albus — «белый») — органическое вещество, принадлежащее к группе белковых соединений (альбуминов или альбуминатов) имеющих очень сложный химический состав.

Альбумины называли гистогенными телами или протеидами, поскольку они необходимы для построения животного организма. В растительном мире альбумины также встречаются, особенно много их бывает в семенах. Находятся они и в биологических жидкостях организма.

Химия белков очень сложна и полностью находится в области ведения органической химии.

Общая характеристика альбуминов

Во всех случаях альбумины содержат в своём составе углерод, водород, азот, серу и кислород, количество которых меняется в пределах: C = 50–55%, H = 6,9–7,3%, N = 15–19%, S = 0,3–2,4%, O = 19–24%.

Кристаллизованный альбумин содержит: C = 51,48%, H = 6,76%, N = 18,14%, S = 0,96%, O = 22,66%, что указывает на формулу C720H1134N218S5O248, и соответствует молекулярной массе 16 954.

Все альбумины вращают плоскость кристаллизации влево, при сжигании от них остаётся небольшое количество минеральной золы. Обычно альбумины нерастворимы в воде, спирте и эфире.

Под действием кипящей воды или кислот альбумины денатурируются, сворачиваются — это легко видеть на примере изменения яичного белка при его варке.

Обнаружение белков

Присутствие белков выявляется тестами, в ходе которых они денатурируются или меняют свой цвет.

  • Реактив Милона: Раствор нитрата ртути содержащий азотистую кислоту в присутствии альбуминов даёт фиолетово-красное окрашивание.
  • Ксантопротеиновая реакция: Жёлтое окрашивание в присутствии азотной кислоты, переходящее в золотисто-оранжевый цвет при добавлении раствора аммиака.
  • Реакция Либермана: Дымящая серная кислота при наличии в растворе альбуминов даёт фиолетовое окрашивание.
  • Биуретовая реакция: Гидроксид калия и сульфат меди при нагревании окрашивают раствор, содержащий альбумины, в цвет от красного до фиолетового.

См. также «Определение белков».

Продукты разложения белков

Кипячение с разведенными минеральными кислотами или бариевой водой разлагает белки до углекислого газа, аммиака и аминокислот.

Среди продуктов такого разложения содержатся: глицин (аминоуксусная кислота) NH2CH2COOH, аланин (аминопропионовая кислота) CH3-CH-(NH2)COOH, α-аминоуксусная кислота, α-аминовалериановая кислота, лейцин (изобутил-α-аминоуксусная кислота) (CH3)2-CH-CH2-CH(NH2)COOH, изолейцин, возможно, α-аминокапроновая кислота, серин (α-амино-β-гидроксипропионовая кислота) HO-CH2-CH(NH2)COOH, аспарагиновая (аминоянтарная) кислота HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH, глутаминовая (α-амино-n-глутаровая) кислота, лизин (α,ε-диамино-n-капроновую кислоту) NH2(CH2)4-CH(NH2)-COOH, аргинин (гуанидин-α-амино-n-валериановая кислота (NH)(NH2)C-NH(CH2)3-CH(NH2)-COOH, орнитин (α,δ-диаминовалериновая кислота) NH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH, гистидин (α-амино-β-имидазолпропионовая кислота) HOOC-CH(NH2)-CH2-C=CH-N=CH-NH, пролин (α-пирролидин карбоновая кислота) HOOC-CH-NH-CH2-CH2-CH2, гидроксипролин, фенилаланин (фенил-α-аминопропионовая кислота) C6H5-CH2-CH(NH2)-COOH, тирозин (p-гидроксифенилэтиламин), триптофан (индоламинопропионовая кислота), А-цистин (протеин-цистин, α-амино-β-тиоглицериновой кислоты дисульфид) (S-CH2-CH(NH2)-COOH)2, B-цистин (α-тио-β-аминоглицериновой кислоты дисульфид) (NH2-CH2-CH=S=COOH)2 и другие.

Классификация альбуминов

Сложность состава значительно осложняет классификацию альбуминов по чисто химическим свойствам, поэтому более удобным является подразделение этих веществ на группы в соответствии с их растворимостью и происхождением.

Такой способ классификации подразделяет альбумины, родственные им вещества и их производные на:

I. Собственно альбумины, для которых характерно образование коллоидных растворов.

1.Альбумины: сывороточный альбумин, яичный альбумин, молочный альбумин

2. Глобулины: сывороточный глобулин, яичный глобулин, молочный глобулин, клеточный глобулин

3. Растительные глобулины и вителлины

4. Фибриноген

5. Миозин

6. Фосфорсодержащие альбумины (нуклеоальбумины), казеины, вителлины, нуклеоальбумины ядерной протоплазмы, мукоидные нуклеоальбумины

7. Гистоны

8. Протамины

II. Продукты превращения собственно альбуминов.

1. Кислотные и щелочные альбуминаты

2. Альбумозы, пептоны и пептиды

3. Галоген-альбумины, оксипротеин, оксипротсульфоновая кислота и т. п.

III. Протеиды.

1. Нуклеопротеиды

2. Гемоглобин и родственные ему вещества

3. Гликопротеиды, фосфопротеиды, муцины, мукоиды, геликопротеид

IV. Альбуминоиды.

1. Коллаген

2. Кератин

3. Эластин

4. Фиброин

5. Спонгин и т. п.

6. Амилоид

7. Альбумоид

8. Красящие вещества, происходящие от альбумина

Собственно альбумины. — Альбумины (из классификации выше) растворимы в воде, разведенных кислотах и щелочах, насыщенных растворах нейтральных солей; сворачиваются под действием тепла.

Сывороточный альбумин, или «кровяной альбумин» находится в сыворотке крови, лимфе, тканевой жидкости, молоке и т. д.; сворачивается при температуре 67°. Он отличается от яичного альбумина удельной оптической активностью (вращает плоскость поляризации на −57–62°), и медленно коагулирует под действием спирта и эфира.

Яичный альбумин — главное составляющее яичного белка, который также содержит глобулин и мукоид. Альбумин яйца сворачивается при 56° C, его удельное вращение −30,70°. Молочный альбумин (лактальбумин) содержится во всех видах молока.

Глобулины нерастворимы в воде и разведенных кислотах, но растворяются в щелочах и в растворах нейтральных солей. Растворы эти коагулируют при кипении.

Сывороточный глобулин, или фибринопластический глобулин, параглобулин или параглобин содержится в сыворотке крови. Клеточный глобулин обнаруживается во многих внутренних органах — печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах, в мышечной плазме. Кристаллин — глобулин, имеющий две формы (α и β), находится в хрусталиках глаз. Яичный глобулин и молочный глобулин обнаружены, соответственно, в яичном белке и в молоке.

Растительные глобулины, или фитоглобулины, в наибольшем количестве обнаруживаются в семенах (широко распространён, например, фитоглобулин эдестин), нерастворимы в чистой воде, но растворяются в солевых растворах. Другими представителями этого класса соединения являются фитоказеины, фитовителлины, дегумины и конглютины.

Фибриноген находится в плазме крови, и под воздействием свёртывающих факторов превращается в фибрин, с участием которого образуются тромбы, останавливающие кровотечения. Фибриноген нерастворим в воде, но растворим в солевых растворах, имеет три разных температуры коагуляции — 56°, 67° и 75° C. Фибрин, образующийся из фибриногена под действием ферментов — гелеобразная субстанция, сворачивающаяся под действием тепла, спирта и т. д.

Мышечные белки включают миозин (или парамиозиноген), распад которого вызывает трупное окоченение, и близкий к нему миозиноген (или миоген); в мышцах находятся также миоглобулин и миоальбумин.

Фосфоглобулины (нуклеоальбумины) нерастворимы в воде и кислотах, но растворимы в щелочах и имеют кислую реакцию.

Казеиноген (по В. Халлибартону) является главным альбумином молока, причём его состав меняется у разных животных. Он нерастворим в воде, но хорошо растворяется в солях. Эуказеин — аммониевая его соль, нутроза и плазмон — натриевые соли. Под действием сычужного фермента казеиноген превращается в казеин, вещество, напоминающее казеиноген по растворимости его в воде, но имеющее нерастворимую кальциевую соль. Образование казеина происходит при сворачивании молока.

К фосфоглобулинам относятся вителлин, содержащийся в яичном желтке, и ихтулин в икре рыб.

Гистоны — класс щелочных альбуминов, растворимых в воде и в кислотах, осаждаемых щелочами. Примечательно, что многие гистоны растворяются и при избытке щёлочи. Они не существуют в свободном состоянии, но только в соединении с простетической группой — так образуются важные клеточные белки — гемоглобин, нуклеопротеиды и т. п. Богат гистонами тимус, в связи с глобином образуется гемоглобин, другие гистоны были получены из эритроцитов различных животных.

Протамины — отдельный класс альбуминов, обнаруженных в молоках рыб.

Альбумозы и пептоны. — Основными продуктами диссоциации альбуминов являются альбумозы, которые не сворачиваются под действием тепла, более растворимы, чем альбумины, имеют более простое строение и могут «высаливаться» некоторыми солямями, в то время как схожие с альбумозами пептоны — нет, более того, пептоны ещё более просты по своему строению, чем альбумозы. Дальнейшее разложение пептонов даёт пептиды.

Альбумозы и пептоны представляют собой белые порошки, хорошо растворимые в воде (за исключением гетероальбумоз). Они дают биуретовую и ксантопротеиновую реакцию, образуют соли с кислотами и щелочами.

Альбумозы и пептоны могут быть получены действием на белки пепсина; действие трипсина также даёт пептоны. Кислоты и влажный нагрев вызывают схожие превращения.

Протеиды. — Эти вещества представляют собой комбинацию одного или нескольких альбуминов с радикалами различной природы (простетическими группами). Нуклеопротеиды, содержащиеся в клеточном ядре, представляют собой комбинацию альбумина и нуклеиновой кислоты и всегда содержат железо. Это рассыпчатые, белые, негигроскопичные порошки, растворимые в воде и солевых растворах, имеющие кислую реакцию и дающие цветную реакцию на альбумины.

Продуктами разложение нуклеиновых кислот являются: фосфорная кислота, урацил (2,6-диоксипиримидин), цитозин (2-окси-6-аминопиримидин), тимин (нуклеозин, 2,6-диокси-5-метилпиримидин гипоксантин, или 6-оксипурин), ксантин (2,6-диоксипурин), аденин (6-аминопурин), гуанин (2-амино-6-оксипурин), пентозы (l-ксилоза), левулиновая кислота, аммиак и др.

В зависимости от источника белка содержание разных нуклеиновых кислот сильно меняется. Обычно это белые, сыпучие порошки, плохо растворимые в холодной воде, лучше растворимые в горячей. Осаждаются минеральными кислотами, но растворяющиеся в их избытке. Правовращающие, причём удельное вращение больше, чем у альбуминов, отсюда и протеиды преимущественно правовращающие.

Важным нуклеопротеидом является гемоглобин, пигмент, содержащийся в эритроцитах позвоночных животных. Схожее по строению соединений — гемоцианин, в котором железо заменено медью, находится в крови головоногих и ракообразных. Гемоглобин состоит из альбумина и кислого вещества гематина, он легко соединяется с кислородом и углекислым газом, образуя нестойкие соединения. Гемоглобин сворачивается при температуре 64° C, в разведенных кислотах распадается на глобин и гематин, производное железопиррола, при определённых условиях можно получить не содержащий железа гематопорфирин, который восстанавливается до мезопорфирина C34H38O4N и далее до гемопиррола C8H13N. Другими производными являются гемин, гемохромоген и гематиновая кислота.

Гликопротеиды отличаются от нуклеопротеидов тем, что содержат углеводный радикал, который отщепляется при кипячении с минеральными кислотами или щелочами. Муцины и мукоиды принадлежат к этой группе, он имеют кислый характер и не содержат фосфора, дают цветные реакции на альбумины, но не сворачиваются под действием тепла. Муцины находятся, преимущественно, в слизистых выделениях организма, а состав их меняется в зависимости от источника происхождения. Мукоиды напоминают муцины по составу и реакциям, но отличаются от них физическими свойствами. Ихтулин (см. выше) и геликопротеид, полученный из слизистых желез виноградной улитки Helix pomatia, также принадлежат к этой группе веществ.

Альбуминоиды. — название данное анатомами тем альбуминовым веществами, которые образуют соединительные ткани. Химически альбуминоиды (или склеропротеины, протеиноиды) напоминают альбумины, расщепляются кислотами или ферментами до альбумоз, пептонов и аминокислот, образуют соли, и дают те же цветные реакции. Альбуминоиды полностью нерастворимы в воде и солевых растворах, плохо растворимы в разведенных кислотах и щелочах. Типичными альбуминоидами являются желатин, кератин, эластин, фиброин, спонгин и конхиолин.

Коллаген (от греческого κόλλᾰ — «клей» и корня γεν- от γεννάω — «производить», γίγνεσθαι — «быть рождённым») — основное вещество костей и соединительной ткани, разлагается кипящей водой или нагреванием с кислотами на желатин и глютин, или животный клей. Желатин образуется белый аморфный порошок, коммерческая его форма обычно представляет собой мелкие стекловатые пластинки. Разложение этих веществ обычно идет в общем так же, как разложение альбумина — они дают биуретовую реакцию, образуют соли с кислотами и щелочами, но всегда кислые. Желатин, погружённый в холодную воду не растворяется, а разбухает; хорошо распускается в горячей воде, образуя, в зависимости от количества, более или менее густой гель, застывающий в твёрдую массу при охлаждении (столярный клей) или мягкое желе (которое используется в кулинарии). Желатин находится в роговице и склере глаз, в чешуе рыб (также в ней до 80% коллагена).

Кератин (от греческого κέρας — «рог») — основной компонент рогового вещества, являющегося основой ногтей, волос, копыт и перьев. Полностью нерастворим в воде, разведенных кислотах и щелочах. По строению с кератином схожи нейрокератин, являющийся структурным веществом оболочек нервов, и горгонин — матрица осевого скелета коралла Gorgonia cavolinii.

Эластин образует связки и мембраны организма, он — главное составляющее эластических тканей. Нерастворим в воде так же, как и кератин.

Фиброин — «шёлковый клей», или серицин входит в состав волокон натурального шёлка. Фиброин нерастворим в воде, кислотах и щелочах, по свойствам напоминает желатин, но хуже образует гели.

Спонгин — структурное вещество морских губок, не растворим в воде и разведенных кислотах, но растворяется в концентрированных минеральных кислотах.

Конхиолин — основное вещество, обеспечивающее структурную прочность раковин моллюсков, плохо растворяется в кислотах.

Корнеин образует скелет кораллов.

Амилоид — продукт патологических процессов, протекающих в организме (например, при амилоидозе кожи), но имеется в стенках здоровой аорты и в старых хрящах. Даёт большинство цветных реакций на белки. Образует блестящие сплошные массы, совершенно нерастворимые в холодной воде и солевых растворах, но растворимые в щелочах.

Альбумоиды — вещества, обладающие некоторыми свойствами предыдущих групп, но в целом отличающиеся от них. В целом они напоминают коагулированный альбумин и ткани, дающие желатин, но желатина не производят.

Красящие вещества, производные альбуминов включают меланины (от греческого μέλᾱς — «чёрный), вещества, сильно различающиеся по составу, наличие в них серы и железа непостоянно. Не дают реакции на белки. Меланин содержится в опухолях, представляющих собой чёрные, блестящие массы (меланомы). Меланин нерастворим в воде, нейтральных солях, разведенных кислотах и основных органических растворителях.