Название «белки» происходит от способности многих из них при нагревании становиться белыми. Название «протеины» происходит от греческого слова «первый», что указывает на их важное значение в организме. Чем выше уровень организации живых существ, тем разнообразнее состав белков.
Белки образуются из аминокислот, которые соединяются между собой ковалентной – пептидной связью: между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. При взаимодействии двух аминокислот образуется дипептид (из остатков двух аминокислот, от греч. пептос – сваренный). Замена, исключение или перестановка аминокислот в полипептидной цепи вызывает возникновение новых белков. Например, при замене лишь одной аминокислоты (глутамина на валин) возникает тяжелая болезнь – серповидно-клеточная анемия, когда эритроциты имеют другую форму и не могут выполнять свои основные функции (перенос кислорода). При образовании пептидной связи отщепляется молекула воды. В зависимости от количества аминокислотных остатков выделяют:
– олигопептиды (ди-, три-, тетрапептиды и т. п.) – содержат до 20 аминокислотных остатков;
– полипептиды – от 20 до 50 аминокислотных остатков;
– белки – свыше 50, иногда тысячи аминокислотных остатков
По физико-химическим свойствам различают белки гидрофильные и гидрофобные.
Существуют четыре уровня организации белковой молекулы – равноценные пространственные структуры (конфигурации , конформации ) белков: первичная, вторичная, третичная и четвертичная.
Первичная структура белков является простейшей. Имеет вид полипептидной цепи, где аминокислоты связаны между собой прочной пептидной связью. Определяется качественным и количественным составом аминокислот и их последовательностью.
Вторичная структура белков
Вторичная структура образована преимущественно водородными связями, которые образовались между атомами водорода NH-группы одного завитка спирали и кислорода СО-группы другого и направлены вдоль спирали или между параллельными складками молекулы белка. Белковая молекула частично или целиком скручена в α-спираль или образует β-складчатую структуру. Например, белки кератина образуют α-спираль. Они входят в состав копыт, рогов, волос, перьев, ногтей, когтей. β-складчатую имеют белки, которые входят в состав шелка. Извне спирали остаются аминокислотные радикалы (R-группы). Водородные связи значительно более слабые, чем ковалентные, но при значительном их количестве образуют довольно прочную структуру.
Функционирование в виде закрученной спирали характерно для некоторых фибриллярных белков – миозин, актин, фибриноген, коллаген и т. п.
Третичная структура белка
Третичная структура белка. Эта структура постоянна и своеобразна для каждого белка. Она определяется размером, полярностью R-групп, формой и последовательностью аминокислотных остатков. Полипептидная спираль закручивается и укладывается определенным образом. Формирование третичной структуры белка приводит к образованию особой конфигурации белка – глобулы (от лат. globulus – шарик). Его образование обуславливается разными типами нековалентных взаимодействий: гидрофобные, водородные, ионные. Между остатками аминокислоты цистеина возникают дисульфидные мостики.
Гидрофобные связи – это слабые связи между неполярными боковыми цепями, которые возникают в результате взаимного отталкивания молекул растворителя. При этом белок скручивается так, что гидрофобные боковые цепи погружены вглубь молекулы и защищают ее от взаимодействия с водой, а снаружи расположены боковые гидрофильные цепи.
Третичную структуру имеет большинство белков – глобулины, альбумины и т. п.
Четвертичная структура белка
Четвертичная структура белка. Образуется в результате объединения отдельных полипептидных цепей. В совокупности они составляют функциональную единицу. Типы связей разные: гидрофобные, водородные, электростатические, ионные.
Электростатические связи возникают между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислотных остатков.
Для одних белков характерно глобулярное размещение субъединиц – это глобулярные белки. Глобулярные белки легко растворяются в воде или растворах солей. К глобулярным белкам принадлежит свыше 1000 известных ферментов. К глобулярным белкам относятся некоторые гормоны, антитела, транспортные белки. Например, сложная молекула гемоглобина (белка эритроцита крови) является глобулярным белком и состоит из четырех макромолекул глобинов: двух α-цепей и двух β-цепей, каждая из которых соединена с гемом, содержащим железо.
Для других белков характерно объединение в спиральные структуры – это фибриллярные (от лат. fibrilla – волоконце) белки. Несколько (от 3 до 7) α–спиралей свиваются вместе, подобно волокнам в кабеле. Фибриллярные белки нерастворимы в воде.
Белки делят на простые и сложные.
Простые белки (протеины)
Простые белки (протеины) состоят только из остатков аминокислот. К простым белкам относят глобулины, альбумины, глутелины, проламины, протамины, пистоны. Альбумины (например, альбумин сыворотки крови) растворимы в воде, глобулины (например, антитела) нерастворимы в воде, но растворимы в водных растворах некоторых солей (хлорид натрия и т. п.).
Сложные белки (протеиды)
Сложные белки (протеиды) включают в состав, кроме остатков аминокислот, соединения другой природы, которые называются простетическою группой. Например, металлопротеиды – это белки, содержащие негеминовое железо или связанные атомами металлов (большинство ферментов), нуклеопротеиды – белки, соединенные с нуклеиновыми кислотами (хромосомы и т. п.), фосфопротеиды –белки, в состав которых входят остатки фосфорной кислоты (белки яичного желтка и т. п.), гликопротеиды –белки в соединении с углеводами (некоторые гормоны, антитела и т. п.), хромопротеиды – белки, содержащий пигменты (миоглобин и т. п.), липопротеиды – белки, содержащие липиды (входят в состав мембран).
Лекция 3. Структура белков
Определение:
Белки - это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются L - аминокислоты.
Аминокислоты
В природе существуют две формы стереоизомеров: L (левовращающие) и D (правовращающие). Помимо L -аминокислот, входящих в белки, в организме есть и D -аминокислоты, которые в белки не включаются.
Общая формула аминокислоты показана на рисунке.
Она верна для 19 из 20 аминокислот, встречающихся в белках. В состав белков, кроме этих 19 аминокислот, входит одна иминокислота - пролин.
Во всех аминокислотах имеется α -аминогруппа. Отсюда и название – "α -аминокислоты". В пролине – α-имино группа.
Классификация аминокислот, входящих в состав белков, по принципу полярности (неполярности) радикала.
1. Неполярные или гидрофобные радикалы.
Алифатические - аланин, валин, лейцин, изолейцин. Серусодержащий метионин. Ароматические - фенилаланин, триптофан. Иминокислота пролин.
2. Полярные, но незаряженные радикалы. Глицин.
Оксиаминокислоты - серин, треонин, тирозин. Содержащий сульфгидрильную группу цистеин. Содержащие амидную группу: аспарагин, глутамин.
3. Отрицательно заряженные радикалы. Аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота.
4. Положительно заряженные радикалы. Лизин, аргинин, гистидин.
Первичная структура белка
Определение:
Первичная структура белка - это последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
Аминокислоты соединяются в полипептид с помощью ковалентных (амидных) связей.
У трипептида, состоящего из трех разных аминокислот, возможно 3! = 6 различных первичных структур.
У олигопептида, состоящего из двадцати разных аминокислот, разнообразие первичных структур 20!, это означает 2х10 18 .
Разнообразие первичных структур среднего по размеру белка (примерно 500 аминокислот) составляет уже порядка 20 500 вариантов (если все аминокислоты представлены в эквимолярных соотношениях).
На Земле не было, нет и не будет двух людей сполностью одинаковым набором белков.
Вторичная структура белка
Определение:
Вторичная структура белка - это упорядоченное строение полипептидных цепей, обусловленное водородными связями между группами С=О и N - H разных аминокислот.
Вторичная структура может быть регулярной (α- спиралью) и нерегулярной (β-складчатой структурой). В α-спирали NH группа n -ого аминокислотного остатка взаимодействует с С=О группой (п-4)-ого аминокислотного остатка. На один виток β-спирали с диаметром 10,1 Å приходится 3,6 аминокислотных остатков. Период идентичности регулярной α-спирали - 18 аминокислот (5 витков). Нарушителем регулярной α-спирали в первую очередь является пролин . Второе по значению влияние оказывают одинаково заряженные,рядом расположенные радикалы.
β – складки могут образовывать не только одиночные, но и рядом расположенные полипептиды, входящие в один белок.
Чистых природных альфа- или бета - белков не существует.
Третичная структура белка
Определение
Третичная структура белка - это пространственная конформация полипептида, имеющего вторичную структуру, и обусловленная взаимодействиями между радикалами.
Существует четыре типа взаимодействий между радикалами.
Типы взаимодействий между радикалами
1 . Ковалентные связи между остатками двух цистеинов (дисульфидные мостики).
2. Ионные (электростатические) взаимодействия между противоположно заряженными аминокислотными остатками (три радикала со знаком "+" и два со знаком "-").
Например, положительно заряженная ε-аминогруппа лизина (- NH 3 +) притягивается отрицательно заряженной карбоксильной группой – (СОО-) глутаминовой или аспарагиновой кислоты.
3. Водородные связи.
Участвуют все аминокислоты, имеющие гидроксильные, амидные или карбоксильные группы.
4. Гидрофобные взаимодействия . Образуются между неполярными радикалами в водной среде. Участвуют 8 аминокислот (первый класс).
Третичная структура белка полностью задается его первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислот, которая в свою очередь предопределяется генетическим кодом.
Определяющими являются гидрофобные взаимодействия в силу неизбирательности (неспецифичности) и многочисленности.
Гидрофобное ядро существует у большинства белков.
Четвертичная структура белка
Определение: четвертичная структура белка - это агрегация двух или большего числа полипептидных цепей, имеющих третичную структуру, в олигомерную функционально значимую композицию.
Связи, образующие и поддерживающие четвертичную структуру, те же самые, что и при образовании третичной структуры, кроме гидрофобных.
N -конца в бета-цепи находится полярная глутаминовая кислота ("-" заряженная). У больных серповидно-клеточной анемией вместо нее - неполярный валин.Из 574 аминокислот заменено 2.
Такой гемоглобин теряет растворимость, образуется волокнистый осадок, деформирующий эритроцит.
Серповидно-клеточная анемия - заболевание генетическое. Причина - замена всего одного нуклеотида в гене, кодирующем В-цепь гемоглобина. Дети -рецессивные гомозиготы по такому аллелю не доживают до двух лет. У гетерозигот 85% нормальных и 15% дефектных эритроцитов. Доминантные гомозиготы болеют малярией, гетерозиготы - не болеют.
Глобулярные и фибриллярные белки
95% белков имеют гидрофобное ядро. 5% фибриллярные белки.
Подавляющее число глобулярных белков растворимо. Большинство фибриллярных - нерастворимо (α-кератины - на их долю приходится почти весь сухой вес волос, шерсти, рогов, копыт, ногтей, чешуи, перьев; коллаген - белок сухожилий, хрящей; фиброин - белок шелка).
Фибриллярные белки содержат большую долю заряженных аминокислоту чем глобулярные - отдельные цепи растворимы, а их комплексы неполярны и нерастворимы.
§ 8. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
Первичная структура
Под первичной структурой белка понимают количество и порядок чередования аминокислотных остатков, соединенных друг с другом пептидными связями, в полипептидной цепи.
Полипептидная цепь на одном конце содержит свободную, не участвующую в образовании пептидной связи, NH 2 -группу, этот участок обозначается как N–конец . На противоположной стороне располагается свободная, не участвующая в образовании пептидной связи, НООС-группа, это – С-конец . За начало цепи принимается N-конец, именно с него начинается нумерация аминокислотных остатков:
Аминокислотную последовательность инсулина установил Ф. Сэнгер (Кембриджский университет). Этот белок состоит из двух полипептидных цепей. Одна цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, другая цепь – из 30. Цепи связаны двумя дисульфидными мостиками (рис.6).
Рис. 6. Первичная структура инсулина человека
На расшифровку этой структуры было затрачено 10 лет (1944 – 1954 гг.). В настоящее время первичная структура определена у многих белков, процесс ее определения автоматизирован и не представляет собой серьезную проблему для исследователей.
Информация о первичной структуре каждого белка закодирована в гене (участке молекулы ДНК) и реализуется в ходе транскрипции (переписывании информации на мРНК) и трансляции (синтеза полипептидной цепи). В связи с этим можно установить первичную структуру белка также по известной структуре соответствующего гена.
По первичной структуре гомологичных белков можно судить о таксономическом родстве видов. К гомологичным белкам относятся те белки, которые у разных видов выполняют одинаковые функции. Такие белки имеют сходные аминокислотные последовательности. Например, белок цитохром С у большинства видов имеет относительную молекулярную массу около 12500 и содержит около 100 аминокислотных остатков. Различия в первичной структуре цитохрома С двух видов пропорциональны филогенетическому различию между данными видами. Так цитохромы С лошади и дрожжей отличаются по 48 аминокислотным остаткам, курицы и утки – по двум, цитохромы же курицы и индейки идентичны.
Вторичная структура
Вторичная структура белка формируется вследствие образования водородных связей между пептидными группами. Различают два типа вторичной структуры: α-спираль и β-структура (или складчатый слой) . В белках могут присутствовать также участки полипептидной цепи, не образующие вторичную структуру.
α-Спираль по форме напоминает пружину. При формировании α-спирали атом кислорода каждой пептидной группы образует водородную связь с атомом водорода четвертой по ходу цепи NH-группы:
Каждый виток спирали связан со следующим витком спирали несколькими водородными связями, что придает структуре значительную прочность. α-Спираль обладает следующими характеристиками: диаметр спирали 0,5 нм, шаг спирали – 0,54 нм, на один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка (рис. 7).
Рис. 7. Модель a-спирали, отражающая ее количественные характеристики
Боковые радикалы аминокислот направлены наружу от -спирали (рис. 8).
Рис. 8. Модель -спирали, отражающая пространственное расположение боковых радикалов
Из природных L-аминокислот может быть построена как правая, так и левая -спираль. Для большинства природных белков характерна правая спираль. Из D-аминокислот также можно построить как левую, так и правую спираль. Полипептидная же цепь, состоящая из смеси D-и L-аминокислотных остатков, не способна образовывать спираль.
Некоторые аминокислотные остатки препятствуют образованию α-спирали. Например, если в цепи подряд расположено несколько положительно или отрицательно заряженных аминокислотных остатков, такой участок не примет α-спиральной структуры из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных радикалов. Затрудняют образование -спирали радикалы аминокислотных остатков, имеющих большие размеры. Препятствием для образования α-спирали, является также наличие в полипептидной цепи остатков пролина (рис. 9). В остатке пролина при атоме азота, образующем пептидную связь с другой аминокислотой, нет атома водорода.
Рис. 9. Остаток пролина препятствует образованию -спирали
Поэтому остаток пролина, входящий в состав полипептидной цепи, не способен образовывать внутрицепочечную водородную связь. Кроме того, атом азота в пролине входит в состав жесткого кольца, что делает невозможным вращение вокруг связи N – C и образование спирали.
Кроме α-спирали описаны и другие типы спиралей. Однако они встречаются редко, в основном на коротких участках.
Образование водородных связей между пептидными группами соседних полипептидных фрагментов цепей приводит к формированию β-структуры, или складчатого слоя:
В отличие от α-спирали складчатый слой имеет зигзагообразную форму, похожую на гармошку (рис. 10).
Рис. 10. β-Структура белка
Различают параллельные и антипараллельные складчатые слои. Параллельные β-структуры образуются между участками полипептидной цепи, направления которых совпадают:
Антипаралельные β-структуры образуются между противоположно направленными участками полипептидной цепи:
β-Структуры могут формироваться более чем между двумя полипептидными цепями:
В составе одних белков вторичная структура может быть представлена только α-спиралью, в других – только β-структурами (параллельными, или антипараллельными, или и теми, и другими), в третьих наряду с α-спирализованными участками могут присутствовать и β-структуры.
Третичная структура
У многих белков вторичноорганизованные структуры (α-спирали, -структуры) свернуты определенным образом в компактную глобулу. Пространственная организация глобулярных белков носит название третичной структуры. Таким образом, третичная структура характеризует трехмерное расположение участков полипептидной цепи в пространстве. В формировании третичной структуры принимают участие ионные и водородные связи, гидрофобные взаимодействия, ван-дер-ваальсовы силы. Стабилизируют третичную структуру дисульфидные мостики.
Третичная структура белков определяется их аминокислотной последовательностью. При ее формировании связи могут возникать между аминокислотами, расположенными в полипептидной цепи на значительном расстоянии. У растворимых белков полярные радикалы аминокислот, как правило, оказываются на поверхности белковых молекул и реже – внутри молекулы, гидрофобные радикалы оказываются компактно упакованными внутри глобулы, образуя гидрофобные области.
В настоящее время третичная структура многих белков установлена. Рассмотрим два примера.
Миоглобин
Миоглобин – кислород-связывающий белок с относительной массой 16700. Его функция – запасание кислорода в мышцах. В его молекуле имеется одна полипептидная цепь, состоящая из 153 аминокислотных остатков, и гемогруппа, играющая важную роль в связывании кислорода.
Пространственная организация миоглобина установлена благодаря работам Джона Кендрью и его коллег (рис. 11). В молекуле этого белка присутствуют 8 α-спиральных участков, на их долю приходится 80 % всех аминокислотных остатков. Молекула миоглобина очень компактна, внутри нее может уместиться всего четыре молекулы воды, почти все полярные радикалы аминокислот расположены на внешней поверхности молекулы, большая часть гидрофобных радикалов расположена внутри молекулы, вблизи поверхности находится гем – небелковая группа, ответственная за связывание кислорода.
Рис.11. Третичная структура миоглобина
Рибонуклеаза
Рибонуклеаза – глобулярный белок. Она секретируется клетками поджелудочной железы, это – фермент, катализирующий расщепление РНК. В отличие от миоглобина, в молекуле рибонуклеазы имеется очень мало α-спиральных участков и достаточно большое число сегментов, находящихся в β-конформации. Прочность третичной структуре белка придают 4 дисульфидные связи.
Четвертичная структура
Многие белки состоят из нескольких, двух или более, белковых субъединиц, или молекул, обладающих определенной вторичной и третичной структурами, удерживаемых вместе при помощи водородных и ионных связей, гидрофобных взаимодействий, ван-дер-ваальсовых сил. Такая организация белковых молекул носит название четвертичной структуры , а сами белки называют олигомерными . Отдельная субъединица, или белковая молекула, в составе олигомерного белка называется протомером .
Число протомеров в олигомерных белках может варьировать в широких пределах. Например, креатинкиназа состоит из 2 протомеров, гемоглобин – из 4 протомеров, РНК-полимераза E.coli – фермент, ответственный за синтез РНК, – из 5 протомеров, пируватдегидрогеназный комплекс – из 72 протомеров. Если белок состоит из двух протомеров, его называют димером, четырех – тетрамером, шести – гексамером (рис. 12). Чаще в молекуле олигомерного белка содержится 2 или 4 протомера. В состав олигомерного белка могут входить одинаковые или различные протомеры. Если в состав белка входят два идентичных протомера, то это – гомодимер , если разные – гетеродимер .
Рис. 12. Олигомерные белки
Рассмотрим организацию молекулы гемоглобина. Основная функция гемоглобина заключается в транспорте кислорода из легких в ткани и углекислого газа в обратном направлении. Его молекула (рис. 13) состоит из четырех полипептидных цепей двух различных типов – двух α-цепей и двух β-цепей и гема. Гемоглобин является белком, родственным миоглобину. Вторичная и третичная структуры миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны. Каждый протомер гемоглобина содержит, как и миоглобин, 8 α-спирализованных участков полипептидной цепи. При этом надо отметить, что в первичных структурах миоглобина и протомера гемоглобина идентичны только 24 аминокислотных остатка. Следовательно, белки, значительно отличающиеся по первичной структуре, могут иметь сходную пространственную организацию и выполнять сходные функции.
Рис. 13. Структура гемоглобина
Белки (протеины) - это высокомолекулярные полимерные соединения пептидной природы (полигетероаминокислоты).
Первичная структура белков - это последовательность чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи (ППЦ) .
Первичная структура белков является ковалентной структурой, поскольку в её основе лежит пептидная связь между a-амино- и a-карбоксильными группами аминокислот. Вследствие этого полипептидные цепи имеют неразветвленный характер.
Скелет (хребет, остов) полипептидной цепи состоит из регулярно повторяющихся структурных элементов
Полипептидная цепь обладает векторностью, направление цепи от N-конца (начало цепи) к C-концу (конец цепи), N-конец - это конец, на котором находится свободная a-аминогруппа. C-конец - это конец, на котором находится свободная a-карбоксильная группа. Аминокислотная последовательность белков обозначается, начиная с N-конца, с использованием трехбуквенных сокращенных названий аминокислот, например: гли-ала-цис-про. Может быть использовано и однобуквенное обозначение аминокислотных остатков в белке.
N- и C-концы в составе белков могут быть модифицированы. Аминогруппа на N-конце может быть ацетилирована, формилирована или метилирована. В ряде белков N-концевым является остаток пирролидонкарбоната (пироглутамата), не содержащий свободной аминогруппы. C-конец может быть амидирован. Модификации C-конца более редки по сравнению с N-концевыми модификациями.
Коэффициент поликонденсации белков варьирует в диапазоне от 50 до 2500. Обычно белок содержит 100-300 аминокислотных остатков. Поскольку средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка составляет около 110 Да, молекулярная масса белков варьирует в диапазоне от 6000 до миллионов Да.
Каждый индивидуальный белок обладает уникальной первичной структурой. Первым белком, чья первичная структура была установлена, явился инсулин. Это удалось сделать Сэнгеру. Его стратегия заключалась в следующем. Сначала он разделил две полипептидные цепи и далее провел их специфическое ферментативное расщепление на небольшие пептиды, содержащие перекрывающиеся последовательности. Затем, используя 1-фтор-2,4-динитробензол идентифицировал N-концевые остатки. Кроме того, он определил аминокислотный состав пептидов и в итоге смог установить их структуру, сравнивая последовательности перекрывающихся пептидов. В общих чертах стратегия Сэнгера сохранила свое значение до наших дней. Однако были предложены и иные подходы. Эдманом разработан метод автоматической процедуры последовательного отщепления и идентификации N-концевых аминокислотных остатков. Для расшифровки первичной структуры можно использовать рентгеноструктурный анализ. Последовательность аминокислотных остатков может быть определена по нуклеотидной последовательности матричной РНК.
В настоящее время установлена первичная структура более 2000 белков. Теоретически число различных вариантов первичной структуры белков безгранично. Даже для полипептида из 20 различных аминокислот, число возможных последовательностей составляет 20´10 18 . В живой природе реализуется лишь незначительная доля возможных последовательностей, общее число которых у всех видов живых организмов оценивается величиной 10 10 -10 12. .
Первичная структура белков генетически детерминирована, т.е. последовательность аминокислот в белке определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК . Искажения последовательности нуклеотидов ДНК приводят к возникновению аномальных белков с измененными биологическими свойствами, что является причиной молекулярной патологии. В частности, причиной серповидноклеточной анемии служит точечная мутация гена, контролирующего b-цепь гемоглобина. Следствием этого является замена в 6-ом положении b-цепи остатка глутамата на валин. Такая замена приводит к утрате одного отрицательного заряда в каждой из двух b-цепей, что приводит к изменению конформации гемоглобина и утрате его биологической функции.
Гомологичными белками называются белки, выполняющие у разных видов одинаковые функции. Примером может служить гемоглобин: у всех позвоночных он выполняет одну и ту же функцию, связанную с транспортом кислорода. Гомологичные белки характеризуются наличием во многих положениях одних и тех же аминокислот. Как оказалось, число аминокислотных остатков, по которым различаются гомологичные белки пропорционально филогенетическому различию между данными видами. Например, молекулы цитохромов С лошади и дрожжей различаются по 48 аминокислотным остаткам, тогда как те же молекулы курицы и утки – только по 2 остаткам. Что касается цитохромов С курицы и индейки, то они имеют идентичные аминокислотные последовательности. Сведения о числе различий в аминокислотных последовательностях гомологичных белков из разных видов используют для построения эволюционных карт, отражающих последовательные этапы возникновения и развития различных видов животных и растений в процессе эволюции.
Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.
α-Аминокислоты могут ковалентно связываться друг с другом с помощью пептидных связей
по отношению друг к другу пептидные группы располагаются под углом.
Линейную последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называют «первичная структура белка
Видовая специфичность белков
Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования АК в белке. Однако многие белки, выполняя одну и ту же функцию, несколько отличаются по строению у разных представителей одного и того же вида. Примером могут служить белки групп крови у человека. Такое разнообразие белков обусловливает индивидуальную специфичность организмов.
Наследственные изменения первичной структуры. Полиморфизм белков
п ервичная структура белков, программируется последовательностью нуклеотидов в ДНК. Выпадение, вставка, замена нуклеотида в ДНК приводит к изменению структуры синтезируемого белка. Если изменение последовательности аАКносит не летальный характер, а приспособительный или хотя бы нейтральный, то новый белок может передаться по наследству и остаться в популяции. В результате возникают новые белки с похожими функциями. это полиморфизм белков . примерами полиморфизма: гемоглобин человека(эмбриональный, фетальный, и А гемоглобин взрослого человека
Наследственные протеинопатии: серповидно-клеточная анемия, другие примеры.
Наследственные протеинопатии развиваются в результате повреждений в генетическом аппарате,а значит и в белках
анемию с обнаружением в его крови, похожих на полумесяц, эритроцитов. Заболевание получило название «серповидно-клеточной анемии, оно вызвано изменением первичной структуры НЬА.
В молекуле гемоглобина S мутантными оказались 2 β-цепи, в которых глутамат, в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал. «серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тканей, они часто закупоривают сосуды и создают тем самым локальную гипоксию.
Семейная гиперхолестеринемия - это генетическая болезнь, характеризующаяся высоким уровнем холестерина в крови, и ЛПНП а также ранним возникновением сердечно-сосудистых заболеваний. У многих пациентов происходят мутации в гене рецептора ЛПНП, кодирующего соответствующий белок ЛПНП-рецептора или аполипопротеина В (апо-В), который является частью ЛПНП, который связывается с рецептором
2. Конформация белковых молекул (вторичная и третичная структуры)
Вторичная
структура
белка
– это способ укладки полипептидной
цепи, при которой происходит взаимодействие
пептидных групп с образованием между
ними водородных связей.В глобулярных
белках преобладает α-спираль, в
фибриллярных – β-структура.
α-Спираль является правозакрученной спиралью, образуется при помощи водородных связей между пептидными группами 1-го и 4-го, 4-го и 7-го, 7-го и 10-го за счёт образования водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами азота аминогрупп.
β-Структура формируется за счёт образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи, делающей изгибы, или между разными полипептидными цепями.
Если
связанные полипептидные цепи направлены
противоположно, возникает антипараллельная
β-структура, если же N- и С-концы
полипептидных цепей совпадают, образуется
структура параллельного β-складчатого
слоя (
Третичная структура белков
Третичная структура белков - трёхмерная пространственная структура, образующаяся за счёт взаимодействий между радикалами аминокислот
Связи, участвующие в формировании третичной структуры белков
Гидрофобные взаимодействия
гидрофобные радикалы аминокислот стремятся к объединению внутри глобулярной структуры
Ионные и водородные связи и Ковалентные связи
дисульфидные связи , образующиеся за счёт взаимодействия SН-групп двух остатков цистеина.
Активный центр белков - определённый участок белковой молекулы, находящийся в её углублении сформированный радикалами собранных при формировании третичной структуры осуществляет взаимодействие с молекулой субстрата
конформационной лабильностью - склонностью к изменениям конформации за счёт разрыва одних,и образования других слабых связей. Конформация белка меняется при изменении хим и физ свойств среды, при взаимодействии белка с другими молекулами. При этом происходит изменение пространственной структуры и конформации белка в целом.
3 . Четвертичная структура белков. Кооперативные изменения конформации протомеров. Примеры строения и функционирования олигомерных белков: гемоглобин (в сравнении с миоглобином, аллостерические ферменты).
Количество и взаиморасположение полипептидных цепей в пространстве называют «четвертичная структура белков» . Отдельные полипептидные цепи в таком белке- протомеров, или субъединиц. они объединяются гидрофобных, ионных, водородных.
Каждый протомер взаимодействует с другим во многих точках. субъединицы в олигомерах очень тесно взаимодействуют между собой, то любое изменение конформации какой-либо одной субъединицы обязательно влечет за собой изменение других субъединиц. Этот эффект называется кооперативное взаимодействие .
Например, у гемоглобина такое взаимодействие субъединиц в легких ускоряет в 300 раз присоединение О 2 к гемоглобину.
Миоглобин относят к классу гемсодержащих белков, т.е. он содержит простетическую группу - гем, связанную с белковой частью апомиоглобин. Миоглобин относят к глобулярным белкам; он имеет только одну полипептидную цепь. Миоглобин участвует в запасании кислорода.
Третичная
структура имеет вид компактной глобулы
Гемоглобины , так же как миоглобин, относят к гемопротеинам, но он имеют четвертичную структуру (состоят из 4 полипептидных цепей), благодаря которой возникает возможность регуляции их функций.
Гемоглобин А - основной гемоглобин взрослого организма, составляет около 98% от общего количества гемоглобина, тетрамер, состоит из 2 полипептидных цепей α и 2 β (2α2β).
Гемоглобин А 2 2%. Он состоит из 2 α- и 2 δ-цепей.
Протомеры гемоглобина, так же как и апомиоглобин, состоят из 8 спиралей, свёрнутых в плотную глобулярную структуру, содержащую внутреннее гидрофобное ядро и «карман» для связывания гема. но тетрамерная структура гемоглобина представляет собой более сложный комплекс, чем миоглобин.
Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами; они имеют аллостерический центр, удалённый от каталитического активного центра; эффекторы присоединяются к ферменту нековалентно в аллостерических (регуляторных) центрах;
4 . Понятие о ферментах. Специфичность действия ферментов. Кофакторы ферментов. Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации субстрата, фермента, температуры и рН. Принципы количественного определения ферментов. Единицы активности.
Ферменты являются белками. они увеличивают скорость протекания химической реакции, но не расходуются.
Простые ферменты состоят только из АК, а сложные из 2х частей: белковой (апофермент) и небелковой (кофактор). Если кофактор прочно связан с апоферментом, он называется простетической группой, если непрочно – коферментом.
