Вопрос №3. Первичная структура белка(ПСБ)

Вопрос №1

Белки– высокомолекулярные соединения, образованные из α - аминокислот, связанных между собой пептидными связами.

Функции белков:

Каталитическая - ускорение химических реакций, осуществляют ферменты, составляющие 50% всех белков.

Защитная – защищают организм от действия бактерий, токсинов, чужеродных белков и других микромолекул белки – иммуноглобулины (антитела), система комплемента, лизоцим, лактоферрин и др.

Транспортная - перенос различных веществ по крови с помощью белков, например сывороточного альбумина (транспорт ионов Na⁺  жирных кислот и др.), трансферрина (транспорт ионов железа), гемоглобина (транспорт кислорода).

вазопрессин и др.)

Сократительную – работа мышц происходит с помощью белков актин и миозин.

Структурную – осуществляют белки и нуклеусом (гистоны), белки соединительной ткани(коллаген и эластин), фибрин тромбов, кератин волос и ногтей.

Резервную – формой запасная аминокислот для организма служат белки мышц, альбумин плазмы.

Классификация белков:

Классификация белков по форме молекул

К глобулярным относят белки, соотношение продольной и поперечной осей которых не превышает 1:10, а чаще составляет 1:3 или 1:4, т.е. белковая молекула имеет форму эллипса. Большинство индивидуальных белков человека относят к глобулярным белкам. Они имеют компактную структуру и многие из них, за счёт удаления гидрофобных радикалов внутрь молекулы, хорошо растворимы в воде. Наглядные примеры строения и функционирования глобулярных белков - рассмотренные выше миоглобин и гемоглобины.

Фибриллярныебелки имеют вытянутую, нитевидную структуру, в которой соотношение продольной и поперечной осей составляет более 1:10. К фибриллярным белкам относят коллагены, эластин, кератин, выполняющие в организме человека структурную функцию,миозин, участвующий в мышечном сокращении, и фибрин - белок свёртывающей системы крови.

Классификация белков по химическому строению

Простые белки

Некоторые белки содержат в своём составе только полипептидные цепи, состоящие из аминокислотных остатков - "простые белки". Пример: основные белки хроматина - гистоны; в их составе содержится много аминокислотных остатков лизина и аргинина, радикалы которых имеют положительный заряд. Рассмотренный выше белок межклеточного матрикса эластин также относят к простым белкам.

Сложные белки

Кроме полипептидных цепей, содержат в своём составе небелковую часть, присоединённую к белку слабыми или ковалентными связями. Небелковая часть может быть ионами металлов, какими-либо органическими остатками.

ХРОМОПРОТЕИНЫ

 Состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента. Различают гемопротеины (содержат железо), магнийпорфирины и флавопротеины (содержат производные изоаллоксазина).                                                                              Функции: участвуют в фотосинтезе, дыхание клеток и целостного организма, транспорте кислорода и диоксида углерода, ОВР, свето- и цветовосприятие.        Являются непременными и активными участниками аккумулирования энергии, от фиксации солнечной энергии в зеленых растениях и утилизации в организме животных и человека. Хлорофилл (магнийпорфирин) вместе с белком обеспечивает фотосинтетическую активность растений, катализируя расщепление мо- лекулы воды на водород и кислород (поглощением солнечной энергии). Гемопротеины (железопорфирины), напротив, катализируют обратную реакцию – образование молекулы воды, связанное с освобождением энер- гии. Гемопротеины К группе гемопротеинов относятся гемоглобин и его производные, миогло- бин, хлорофиллсодержащие белки и ферменты (вся цитохромная система, каталаза и пероксидаза). Все они содержат в качестве небелкового компо- нента структурно сходные железо- (или магний)порфирины, но различные по составу и структуре белки, обеспечивая тем самым разнообразие их биологических функций.

НУКЛЕОПРОТЕИНЫ

Нуклеопротеины состоят из белков и нуклеиновых кислот. Последние рассматриваются как простетические группы. В природе обнаружено 2 типа нуклеопротеинов, отличающихся друг от друга по составу, размерам и физико-химическим свойствам,– дезоксирибонуклеопротеины (ДНП) и рибонуклеопротеины (РНП). Названия нуклеопротеинов отражают только природу углеводного компонента (пентозы), входящего в состав нуклеино- вых кислот. У РНП углевод представлен рибозой, у ДНП – дезоксирибозой. Термин «нуклеопротеины» связан с названием ядра клетки, однако ДНП и РНП содержатся и в других субклеточных структурах. Следовательно, речь идет о химически индивидуальном классе органических веществ, имеющих своеобразные состав, структуру и функции независимо от лока- лизации в клетке. Доказано, что ДНП преимущественно локализованы в ядре, а РНП – в цитоплазме. В то же время ДНП открыты в мито- хондриях, а в ядрах и ядрышках обнаружены также высокомолекулярные РНП

ФОСФОПРОТЕИНЫ

К белкам этого класса относятся казеиноген молока, в котором содержание фосфорной кислоты достигает 1%; вителлин, вителлинин и фосвитин, выделенные из желтка куриного яйца; овальбумин, открытый в белке куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб, и др. Большое коли- чество фосфопротеинов содержится в клетках ЦНС. Фосфопротеины занимают особое положение в биохимии фосфорсодержащих соединений не только в результате своеобразия структурной организации, но и вследствие широкого диапазона функций в метаболизме. Характерной особенностью структуры фосфопротеинов является то, что фосфорная кислота оказывается связанной сложноэфирной связью с белковой молекулой через Ионный тип связи между белками и фосфолипидами. 89 α-Спираль в белке Фосфолипиды гидроксильные группы β-оксиаминокислот, главным образом серина и в меньшей степени треонина. На одну молекулу белка обычно приходится 2–4 остатка фосфата. Новые данные свидетельствуют о том, что в клетках фосфопротеины синтезируются в результате посттрансляционной модификации, подвер- гаясь фосфорилированию при участии протеинкиназ. Здесь лишь укажем на существенную роль специфической протеинкиназы, катализирующей фосфорилирование ОН-группы тирозина, в биосинтезе онкобелков. Таким образом, уровень фосфопротеинов в клетке зависит в значительной степени от регулирующего действия ферментов, катализирующих фосфорилирование (протеин- киназы) и дефосфорилирование (протеинфосфатазы). Следует отметить, что фосфопротеины содержат органически связанный, лабильный фосфат, аб- солютно необходимый для выполнения клеткой ряда биологических функ- ций. Кроме того, они являются ценным источником энергетического и пластического материала в процессе эмбриогенеза и дальнейшего постнатального роста и развития организма. Особо следует отметить, что некоторые ключевые ферменты, регулирующие процессы внутриклеточного обмена веществ, также существуют как в фосфорилированной, так и в дефосфорилированной форме. Этим подчеркивается значение фосфорилирования–дефосфорилирования в процессах химической модификации макромолекул, участвующих в интеграль- ных процессах метаболизма.

ГЛИКОПРОТЕИНЫ

Гликопротеины – сложные белки, содержащие, помимо простого белка или пептида, группу гетероолигосахаридов. В настоящее время их принято называть гликоконъюгатами . В состав гликоконъюгата входит угле- водный компонент (гликановая фракция), ковалентно связанный с неугле- водной частью (агликановая фракция), представленной белком, пептидом, аминокислотой или липидом.

МЕТАЛЛОПРОТЕИНЫ

К металлопротеинам относятся биополимеры, содержащие, помимо белка, ионы какого-либо одного металла или нескольких металлов. К таким белкам принадлежат, например, белки, содержащие негемовое железо, а также белки, координационно связанные с атомами металлов в составе сложных белков-ферментов. Типичными представителями первых являются железосодержащие белки ферритин, трансферрин и гемосидерин. Ферритин – высокомолекулярный водорастворимый белок с мол. массой 400000, в котором содержа- ние железа составляет от 17 до 23% (в среднем 20%). Он сосредоточен главным образом в селезенке, печени, костном мозге, выполняя роль депо железа в организме. Железо в ферритине находится в окис- ленной форме, в составе неорганического железосодержащего соединения (FeO•OH)8•(FeO•O•PO3H2 ), причем цепи неорганического полимера O=Fe—OH...O=Fe—ОН..., иногда содержащие фосфаты, находятся между пептидными цепями белковой части (называемая апоферритином), а атомы железа координационно связываются с атомами азота пептидных групп.

Трансферрин – растворимый в воде железопротеин (мол. масса 90000), гликопротеин, обнаруживаемый главным образом в сыворотке крови в составе β-глобулинов. Содержание железа в нем составляет 0,13%. Предполагают, что атом железа соединяется с белком координационными связями с участием гидроксильных групп тирозина. Молекула трансферрина содержит 2 атома железа; трансферрин служит физиологическим переносчиком железа в организме.

Гемосидерин в отличие от ферритина и трансферрина является водонерастворимым железосодержащим белковым комплексом, состоящим, кроме того, на 25% из нуклеотидов и углеводов. Он содержится главным образом в ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенки. Биоло гическая роль гемосидерина изучена недостаточно. Ко второй группе металлопротеинов относится ряд ферментов: фер менты, содержащие связанные с молекулой белка ионы металлов, определяющих их функцию,– металлоферменты (в процессе очистки металлы остаются связанными с ферментами); ферменты, активируемые ионами металлов, менее прочно связаны с металлами, но для проявления своей активности нуждаются в добавлении в реакционную среду определенного металла. Предполагают, что механизмы участия металла в акте катализа в обоих случаях, вероятнее всего, сходны; ионы металла участвуют в образовании тройного комплекса: активный центр фермента–металл–субстрат (Е—М—S), или М—Е—S, или Е—S—М. Есть доказательства, что в активном центре многих ферментов в связывании металла участвует имидазольная группа гистидина.

Вопрос №3. Первичная структура белка(ПСБ)

ПСБ-порядок чередования(последовательность) АК в полипептидной цепи, образуется пептидными связями, индивидуальна для различных белков.

Значение ПСБ:

1) обладают гормональной активностью (вазопрессин, глюкагон)

2) регулируют процессы пищеварения (гастрин, холецистокинин)

3) регулируют тонус сосудов и АД (брадикинин, калидин)

4) регулируют аппетит (лептин, нейропептид Y)

5) обладают обезболивающим действием (энкефалины, эндорфины)

6) участвуют в регуляции высшей нервной деятельности и биохимических процессах.

Свойства ПСБ:

1) Уникальна и детерминирована генетически

2) Стабильна (обеспеч пептидными связями)

3) В цепи встречаются разнообразные комбинации АК

4) В цепи детермированны 2-я,3-я и 4-я стр-ры белка,определяющие ее общую пространственную конформацию.

Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.

Образование пептидной связи

Свойства пептидной связи:

1) 4 атома связи (C, N, O и H) и 2 α-углерода находятся в одной плоскости. R-группы аминокислот и водороды при α-углеродах находятся вне этой плоскости.

2) H и O в пептидной связи, а также α-углероды двух аминокислот транс-ориентированы (транс-изомер более устойчив).

3) Вращение вокруг связи C-N затруднено, возможно вращение вокруг С-С связи.

Вопрос №4

Вторичная структура белка
пространственная структура, образованная водородными связями между карбонильной (C-О -ИМИНО N-H)группами пептидного остова .Водородные связипредставляют собой слабые электростатические взаимодействия между одним электроотрицательным атомом (кислорода, азотаили др) И атомом водорода, ковалентно связанным с другим элетроотрицательным атомом.Водородные связи отличаются малой прочностью, но, образуясь в больших количествах В молекуле белка, обеспечивают ее компактность.
Различают 3 типа вторичной структуры.
α- спираль
В образование водородных связей вовлечены все C- О- и -N- -H- -группы полипептидгого острова связи образуются очень упорядоченно, формируя спираль, И ориентированы вдоль ее оси .На виток спирали укладывается 36 аминокислотных остатка, те. водородные связи образуются между 1-й и 4-й аминокислотами, преимущественно с короткими боковыми цепями . Пролин и аминокислоты с длинными радикалами
нарушают спиралевидную укладку. α- Спираль представляет собой самый жесткий тип вторичной структуры, преобладает во многих белках.
β- структура
складчатого типа, водородные связи образуются менее системно, формируя гофрированную структуру из полипептидной цепи. При этом участки цепи идут либоив одном либо в противоположном направлении. β-Структура в белках встречается реже, чем α- спираль. На схемах изображается в виде широкой плоской стрелки, отмечающей направление от N- к C- концу цепи.
Беспорядочный клубок
не имеет регулярной структуры ,водородные связи образуются бессистемно. Участки полипептидной цепи, образующие этот тип вторичной структуры, обычно небольшие, в этом месте молекулы цепь может
легко изгибаться, меняя направление .Содержание участков, имеющих различные
типы вторичной структуры, в белках может сильно различаться, что обусловлено первичной структурой полипептидной цепи. Есть белки с выраженным преобладанием α- спирали (гемоглобин
И миоглобин, гормон инсулин) в других белках преобладают участки β- структуры (химотрипсин,иммуноглобулин).Чаще же в белках присутствуют все 3 типа вторичной структуры (ферменты,лактатдегидрогеназа –ЛДГ)

Вопрос №5 Третичная структура белка. Силы, стабилизирующие третичную структуру. Взаимосвязь первичной и третичной структуры . Образование третичной структуры белка из элементов вторичной структуры. Супервторичная структура, структурные мотивы.

Третичная структура белка-пространственная струкутура , образованная взаимодействиями между радикалами аминокислот. Третичную структуру формируют 4 типа химических связей : гидрофобная , водородная,ионная,дисульфидная.По форме(глобулярные , фибриллярные)

Стабилизирующие взаимодействия:

· ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);

· ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;

· водородные связи;

· гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.

Связь с первичной структурой:

Третичная структура белка в некоторой степени определяется первичной структурой,т.е связями первичной структуры белка.

Третичную структуру некоторых белков стабилизируют дисульфидные связи, образующиеся за счёт взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина. Эти два остатка цистеина могут находиться далеко друг от друга в линейной первичной структуре белка, но при формировании третичной структуры они сближаются и образуют прочное ковалентное связывание радикалов.

Третичная структура белка формируется из элементов вторичной структуры, таких как α-спирали и β-листы:

1. α-спиральный класс белков, который включает в себя все белки, главным образом состоящие из α-спиралей, которые обычно образуют общее гидрофобное ядро. При- мерно 22% всех белков можно отнести к этой категории. 2. β-белки состоят в основном из β-цепей, сгруппированных в β-листы, стабилизиро- ванные множеством водородных связей. Эти белки обычно имеют несколько слоёв с общим гидрофобным ядром. Примерно 16% всех известных белков можно отнести к этому типу.

Супервторичная структура:

Сравнение конформаций разных по структуре и функциям белков выявило наличие у них похожих сочетаний элементов вторичной структуры. Такой специфический порядок формирования вторичных структур называют супервторичной структурой. Супервторичная структура формируется за счет межрадикальных взаимодействий.

Нередко в белках, различающихся по структуре и функции, встречаются однотипные сочетания а- и (3-структур (структурные мотивы), обозначаемые как супервторичная структура.

Вопрос №6 Четвертичная структура белка. Взаимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру. Структурная организация контактов между субъединицами на примере гемоглобина.

В организме существуют белки, состоящие из нескольких одинаковых или разных полипетидных цепей. Каждая цепь имеет 3 уровня структурной организации и называется протомером (субъединицей). Четвертичная (VI) структура белка – пространственное взаиморасположение нескольких полипептидных цепей (протомеров или субъединиц). Белок, имеющий VI структуру, называется олигомерным. Число протомеров в олигомере зависит от его функции и может составлять от двух (ферментокиназа) до нескольких десятков или даже сотен (пируватдегидрогеназный комплекс).

Взаимодействие контактных поверхностей протомеров в олигомерном белке происходит строго по принципу комплиментарности. При этом слабые ковалентные связи (гидрофобная, водородная ионная). Олигомерные белки при определённых условиях могут диссоциировать.

Все молекулы одного и того же нативного белка (nature – природа) имеют одинаковую пространственную структуру, так как информация обо всех уровнях пространственной укладки закодирован в первичной структуре белковой молекулы.

Совокупность всех пространственных уровней укладки (II, III, IV) получила название конформации белка. Слабые химические связи, стабилизирующие пространственную структуру, очень чувствительны к изменениям температуры, pH среды или воздействиям специфических лигандов. Их разрыв вызывает изменение конформации белка, которое обычно бывает обратимо. Такая изменчивость пространственной структуры получила название конформационной стабильности.

Гемоглобин (НЬ) - сложный олигомерный белок, состоящий из 4 протомеров двух типов (2α и 2β), включающих 574 аминокислотных остатка. Содержится в эритроцитах, на его долю приходится до 90% массы белков клетки. Гемоглобин обеспечивает перенос кислорода из легких в ткани и удаление диоксида углерода из тканей. В мышцах внутриклеточный транспорт и кратковременное депонирование кислорода осуществляет другой белок - миоглобин (Mb). Он не является олигомером, так как состоит только из одной полипептидной цепи, конформация которой очень похожа на пространственную структуру β-цепи гемоглобина. Большую часть молекулы Mb и протомеров Hb составляют 8 α-спиральных участков, образующих глобулу с гидрофобным углублением, в котором находится центр связывания с кислородом (активный центр). При этом полипептидные цепи миоглобина и протомеров гемоглобина идентичны всего на 20%. Оба белка являются холопротеинами, простетическая группа - гем, который находится в активном центре и участвует во взаимодействии с кислородом. Гем (ферропротопорфирин) представляет собой органическое соединение с плоской молекулой, включающей 4 пиррольных цикла и ион железа Fe2+. Он является окрашенным соединением и придает красный цвет гемоглобину, эритроцитам (красные кровяные тельца) и крови. Гем присоединяется к неполярным радикалам активного центра своими пиррольными циклами, а также к радикалу гистидина с помощью атома Fe.

Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А. При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема

 В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы. Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина. Гемоглобин является олигомерным белком и имеет ряд особенностей функционирования, характерных для всех олигомерных белков. Молекула гемоглобина состоит из 4 протомеров и имеет 4 центра связывания О2 (активные центры). Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул кислорода.

Вопрос №7

Под влиянием различных физических и химических факторов белки подвергаются свертыванию и выпадают в осадок, теряя нативные свойства. Таким образом, под денатурацией следует понимать нарушение общего плана уникальной структуры нативной молекулы белка, преимущественно ее третичной структуры, приводящее к потере характерных для нее свойств (растворимость, электрофоретическая подвижность, биологическая активность и т.д.). Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С.Внешние проявления денатурации сводятся к потере растворимости, особенно в изоэлектрической точке, повышению вязкости белковых растворов, увеличению количества свободных функциональных SH-групп и изменению характера рассеивания рентгеновских лучей. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка, вызванной 8М мочевиной или другим агентом, разрушаются в основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры. При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующих агентов возможна ренатурация белка с полным восстановлением исходной трехмерной структуры и нативных свойств его молекулы , включая биологическую активность. Таким образом, при денатурации белковая молекула полностью теряет биологические свойства, демонстрируя тем самым тесную связь между структурой и функцией. Для практических целей иногда используют процесс денатурации в «мягких» условиях, например при получении ферментов или других биологически активных белковых препаратов в условиях низких температур в присутствии солей и при соответствующем значении рН . Белки в растворе и соответственно в организме сохраняются в нативном состоянии за счет факторов устойчивости, к которым относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка вокруг нее. Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и выпадению их в осадок. Осаждение белков может быть обратимым и необратимым в зависимости от реактивов и условий реакции. В клинической лабораторной практике реакции осаждения используют для выделения альбуминовой и глобулиновой фракций белков плазмы крови, количественной характеристики их устойчивости в плазме, обнаружения белков в биологических жидкостях и освобождения от них с целью получения без белкового раствора.

Обратимое осаждение.Под действием факторов осаждения белки выпадают в осадок, но после прекращения действия (удаления) этих факторов белки вновь переходят в растворимое состояние и приобретают свои нативные свойства. Вид обатим. Осаждения :Высаливание (дегидратация молекул белка).

Необратимое осаждение белков связано с глубокими нарушениями структуры белков (вторичной и третичной) и потерей ими нативных свойств. Такие изменения белков можно вызвать кипячением, действием концентрированных растворов минеральных и органических кислот, солями тяжелых металлов.

Свойства белковых растворов определяются большими размерами молекул, т.е. белки являются коллоидными частицами и образуют коллоидные растворы.

К свойствам белковых растворов относятся:

1. Рассеивание света вследствие дифракции на коллоидных частицах – опалесценция. Особенно это заметно при прохождении луча света через белковый раствор, когда виден светящийся конус (эффект Тиндаля).

2. Белковые растворы в отличие от истинных обладают малой скоростьюдиффузии.

3. Неспособностьбелковых частиц проникать через мембраны, поры которых меньше диаметра белков (полунепроницаемые мембраны). Это используется в диализе. Очистка белковых препаратов от посторонних примесей лежит в основе работы "искусственной почки" при лечении острой почечной недостаточности.

4. Создание онкотическогодавления, то есть перемещение воды в сторону более высокой концентрации белка, что проявляется, например, как формирование отеков при повышении проницаемости сосудистой стенки.

5. Высокая вязкость в результате сил сцепления между крупными молекулами, что проявляется, например, при образовании гелей и студней.

белки устойчивы в растворе, т.к. имеют заряд и гидратную оболочку. Они называются факторами устойчивости белка. Осадить белок из раствора можно, если удалить даже один из факторов устойчивости.

5.Ионизация белка и зависимость заряда от рН среды.Благодаря наличию в своем составе свободных амино- и карбоксильных групп белки являются полиэлектролитами (амфотерными электролитами). Белки в растворах находятся преимущественно в виде биполярных ионов (цвиттерионов, амфионов). При этом свободные карбоксильные группы белков оказываются диссоциированными (_{_}-СОО^-), а свободные аминогруппы оказываются протонироваными (-NН₃⁺). Таким образом, ионизация белков является следствием диссоциации свободных карбоксильных групп и протонирования свободных аминогрупп

В свою очередь степень ионизации (а значит и знак, и величина заряда) зависит от рН

Значение рН, при котором число положительных зарядов равно числу отрицательных зарядов, называется изоэлектрической точкой данного белка. В растворах с рН ниже изоэлектрической точки белок приобретает положительный заряд, а выше ИЭТ отрицательный. В ИЭТ точке белки наиболее неустойчивы. Это может быть использовано для разделения белков. Белки с ИЭТ в области кислых значений рН характеризуются преобладанием кислых аминокислот ( ГЛУ и АСП ). ИЭТ белка выше 7 указывает на преобладание в составе белка основных аминокислот ( АРГ, ЛИЗ, ГИС).

Гидратация и растворимость белков. Большинство глобулярных белков относятся к гидрофильным веществам, хорошо растворяющимся в воде. Это свойство обусловлено расположенными на поверхности белка группами, способными гидратироваться. Под гидратацией понимается связывание диполей воды с ионными и полярными группами белка, такими как -СОО^` , -NН₃⁺, -СОNH₂ , -OH, -SH , в результате чего образуется гидратная оболочка белков (рис. 1.3). Благодаря этому каждая молекула белка покрывается несколькими молекулярными слоями воды, т.е. одна молекула белка отделена от другой слоем воды и находится в состоянии истинного раствора. Растворимость белков в воде возрастает при добавлении небольших количеств нейтральных солей (сульфат аммония, сульфат натрия, сульфат магния). Небольшие концентрации солей увеличивают степень диссоциации ионизированных групп, экранируют заряженные группы белка и тем самым уменьшают белок-белковое взаимодействие. Высокие концентрации нейтральных солей, напротив, осаждают белки из водных растворов, т.к. при больших концентрациях соли оттягивают на себя от молекул белка молекулы воды, т.е. лишают белок его гидратной оболочки. Так как, степень диссоциации ионогенных групп белка определяет возможности гидратации белка они хуже растворяются при рН равной его изоэлектрической точке (ИЭТ).

Факторами стабилизации белков в растворе являются наличие заряда поверхности белковой молекулы, броуновское движение молекул. При добавлении в раствор белка органических растворителей вследствие уменьшения диэлектрической постоянной и уменьшения степени гидратации белков происходит их агрегация и выпадение в осадок.

Белковые растворы не являются типичными коллоидными растворами, т.к. белки диспергированы до единичных молекул и образуют гомогенный раствор. Сходство белковых и коллоидных растворов основано на том, что молекулы белков имеют размеры, приближающиеся к размеру мицелл коллоидного раствора. Растворы белков при определенных условиях могут терять текучесть и образовывать гели, возникающие в результате объединения молекул в виде сетки, внутреннее пространство которой заполнено растворителем. В виде гелей белки находятся в хрусталике глаза, гели образуются при сквашивании молока, при подготовке растений к зимнему периоду происходит переход части белков в гелеобразное состояние.

Вопрос №8

Взаимодействие белков с лигандами,как основа их функционирования.Понятие об активном центре белка .Особенности формирования активного центра .Специфичность связывания белка с лигандом . Принцип комплементарности . Две гипотезы соответствия структур активного цента и лиганда .

Естьусловие для нормального функционирования белка ,чтобы присоединить к нему другое вещество-лиганд.Взаимодействие белка с лигандом высокоспецифично, что определяется строением участка белка, называемого центром связывания белка с лигандом или активным центром. Активный центр - определённый участок белковой молекулы, сформированный радикалами аминокислот, собранных на определённом пространственном участке при формировании третичной структуры и способный комплементарно связываться с лигандом . В линейной последовательности полипептидной цепи радикалы, формирующие активный центр, могут находиться на значительном расстоянии друг от друга. Высокая специфичность связывания белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра белка структуре лиганда . Под комплементарностьюпонимают соответствие взаимодействующих молекул. Лиганд должен обладать способностью входить и совпадать с конформацией активного центра. Это совпадение может быть неполным, но благодаря конформационной лабильности белка активный центр способен к небольшим изменениям и "подгоняется" под лиганд. Кроме того, между функциональными группами лиганда и радикалами аминокислот, образующих активный центр, должны возникать связи, удерживающие лиганд в активном центре. Связи между лигандом и активным центром белка могут быть как нековалентными (ионными, водородными, гидрофобными), так и ковалентными. Уникальные свойства активного центра зависят не только от химических свойств формирующих его аминокислот, но и от их точной взаимной ориентации .Поэтому даже незначительные нарушения общей конформации белка в результате точечных изменений его первичной структуры или условий окружающей среды могут привести к изменению химических и функциональных свойств радикалов, формирующих активный центр, нарушать связывание белка с лигандом и его функцию. При денатурации активный центр белков разрушается, и происходит утрата их биологической активности. Гипотеза "ключ-замок":активный центр фермента комплементарен субстрату, т.е. соответствует ему как "ключ замку". После взаимодействия субстрата ("ключ") с активным центром ("замок") происходят химические превращения субстрата в продукт. Активный центр при этом рассматривался как стабильная, жёстко детерминированная структура. Гипотеза индуцированного соответствия: активный центр является гибкой структурой по отношению к субстрату. Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента, вызывает изменение его конформации, приводя к формированию фермент-субстратного комплекса, благоприятного для химических модификаций субстрата. При этом молекула субстрата также изменяет свою конформацию, что обеспечивает более высокую эффективность ферментативной реакции.

Вопрос №9

Длинные полипептидные цепи (длиной около 200 аминокислотных остатков или больше) обычно имеют доменную пространственную структуру. Доменом называют часть пептидной цепи, образующей как бы самостоятельную глобулу, причем на одной пептидной цепи может быть два или больше доменов. Так, легкая цепь иммуноглобулина G состоит из 2 доиеновДомены в одном белке могут быть одинаковыми или различными как по структуре, так и по функции. Часто домен по своей структуре и свойствам сходен с отдельным глобулярным белком. Многие ферменты содержат домен, в центре которого расположены (3-структурные участки в виде скрученного листа, и а-спирали, расположенные по периферии домена. Характерные супервторичные структуры имеются в белках, связывающихся с ДНК. Белковая глобула не является абсолютно жесткой структурой: в известных пределах возможны обратимые перемещения частей пептидной цепи относительно друг друга с разрывом небольшого числа слабых связей и образованием новых. Молекула в растворе как бы пульсирует в разных своих частях. Эти изменения можно рассматривать как тепловое (броуновское) движение отдельных участков пептидной цепи. Они не нарушают основного плана конформации молекулы.

Иммуноглобулины представляют собой сложные гликопротеиновые молекулы с четко выраженной доменной структурой.

Доменом в молекулах иммуноглобулинов называют фрагменты молекулы, включащающие примерно 110 аминокислотных остатков и имеющие характерную для этого класса молекул укладку цепи в виде двух слоев с антипараллельной бета-складчатой структурой, один из которых построен из трех, а другой - из четырех сегментов. Различные домены имеют заметную структурную гомологию. Внутридоменный дисульфидный мостик связывает оба слоя. Следует отметить, что антитела были первыми представителями позднее детально изученного семейства белков иммунной системы, названного суперсемейством иммуноглобулинов. Было показано, что бета2-микроглобулин , Т-клеточные рецепторы и многие другие молекулы семейства построены из доменов, имеющих аналогичную структуру