- •5. Биологические функции и классификация белков.
- •6. Значение и специфичность действия ферментов.
- •7. Строение фермента.
- •8. Активный центр.
- •9. Определение активности ферментов.
- •10. Локализация ферментов в клетке, маркёрные и органоспецифические ферменты.
- •11. Механизм действия ферментов.
- •12 . Кинетика ферментативных реакций.
- •13. Регуляция активности ферментов.
- •14. Ингибирование ферментов.
- •15 . Номенклатура и классификация. Изоферменты. Изменение активности в энтогенезе.
- •15 . Энзимопатия.
- •16. Обмен веществ. Ката- и анаболизм .
- •17.Биологическое окисление.
- •18. Природа макроэргичности атф.
- •19. Цикл кребса.
- •20 . Тканевое дыхание.
- •21 . Дыхательная цепь.
- •22. Механизм сопряжения окислительного фосфорилирования.
- •23 . Термогенез.
- •24 . Микросомальная дыхательная цепь.
- •25 . Перекисное окисление и антиоксидантная защита.
- •26 . Углеводы и их переваривание.
- •1) Гиалуроновая кислота.
- •2) Кондратин – сульфат
- •3) Гепарин
- •27 . Биологические функции углеводов.
- •28 . Переваривание углеводов .
- •Галактоза
- •Фруктоза
- •29 . Пути метаболизма глюкозы.
- •30 . Синтез и распад гликогена.
- •31.Гликогенозы.
- •32 . Гликогенолиз и гликолиз.
- •33. Механизм гликолитической оксидоредукции. Субстратное фосфорилирование.
- •34 . Спиртовое брожение и метаболизм этанола.
- •34.Эробный распад глюкозы. Окислительное декарбоксилиро -
- •35. Глюконеогенез.
- •36. Гипо - и гипергликемия.
- •37.Регуляция уровня глюкозы в крови.
- •38. Сахарный диабет.
- •39. Липиды . Строение , классификация , биологическая роль .
- •40.Переваривание и всасывание липидов .
- •41. Ресинтез липидов в стенке кишечника .
- •42 . Метаболизм липидов .
- •45. Пути обмена ацетил-КоА . Обмен кетоновых тел .
- •46. Биосинтез триглицеридов.
- •47. Интеграция углеводного и липидного обмена .
- •48. Белковый обмен.
- •49. Состав желудочного сока. Механизм секреции hCl .
- •9. Ряд аминокислот, имеющих диагностическое значение .
- •50. Панкреатический сок.
- •51. Кишечный сок.
- •1.Энтерокиназа .
- •9. Фосфолипаза и липаза .
- •52 . Переваривание белков .
- •53. Гниение белков в толстом кишечнике .
- •54. Механизм всасывания аминокислот и пути их утилизации .
- •55.Трансаминирование аминокислот .
- •56. Токсичность аммиака и пути его обезвреживания .
- •57. Биосинтез мочевины .
- •58. Цикл кребса-гензеляйта .
- •59. Пути вступления аминокислот в цтк .
- •60. Декарбоксилирование аминокислот .
- •61.Метаболизм серина и глицина .
- •62. Нарушение обмена глицина .
- •63. Обмен серосодержащих аминокислот и триптофана.
- •64. Метаболизм триптофана.
- •65. Обмен фенилаланина и тирозина.
- •66. Обмен гистидина, глутамина, аспарагина, пролина.
- •67. Интеграция углеводного, белкового и липидного обмена.
- •72. Распад пуриновых нуклеотидов. Подагра.
- •73. Синтез и распад пиримидиновых оснований.
3. БЕЛКИ – это ВМС, состоящие из аминокислот (всего 20) и имеющие 4 уровня структурной органи –
зации, а в настоящее время выделяют еще и пятый уровень.
Белки – основа жизни, главная молекула жизни. Если ДНК является своеобразным информационным чертежом организма, то белок - это материал, средство, при помощи которого по этому чертежу построен организм.
ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
O O
// //
HN2 – CH – C – N – CH – C – N – CH – COOH
\ \ \ \ \
R H R H R
Первичная структура - ожерелье, состоящее из пластически соединенных ассиметричных атомов. Эта структура упорядочена, так как углы наклона плоскостей постоянны. Первичная структура имеет ряд особенностей:
1. Ее стабильность обусловлена ковалентными пептидными связями, возможно участие небольшого числа дисульфидных связей.
2. В полипептидной цепи могут быть обнаружены разнообразные комбинации аминокислот.
3. Каждый индивидуальный белок является уникальной первичной структурой и замены аминокислот приводят к изменению физикохимических и биологических функций.
4. В некоторых ферментах, обладающих близкими свойствами встречаются сходные последовательности аминокислот (в частности активных центров).
ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА - конфигурация полипепидной цепи, то есть наибольшее свертывание поли – пептидной цепи в спиральную конформацию. Причем это протекает не хаотично, а в соответствии с про – граммой, заложенной в первичной структуре белка. Это определяется прежде всего строением пептид – ной связи.
//
лактам C – N - p,П- сопряжение
\
H
Атомы С и N находятся в одной плоскости, а атом Н и радикал в плоскости, которая лежит под углом 109*28 предыдущей. Расстояние между атомами С и N = 0,132 нм, оно является промежуточным между одинарной и двойной связью. Это создаёт предпосылки для лактам-лактимных превращений.
OH
/
лактим - С = H
То есть благодаря р,П- сопряжению возникает двесвязанность между атомами С и N, эта форма более реакционноспособна.
Так как возникла двойная связь, то вращение затрудняется и формируется водородная связь, что приводит к возникновению спиральной конформации полипептидной цепи. Незаменимые аминокислоты гидрофобны. Они входят в состав мембран, без которых клетка не живёт и механизм действия гидрофобных ядов сводится к тому, что они, встраиваясь в мембраны, разрушают их (прежде всего мозг).
На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатков. Аминокислоты располагаются таким образом, что 1-ая аминокислота находится под 4-ой, 2-ая - под 5-ой и т. д. Это а -спираль, она может быть право- и левозакрученной. Причём степень закрученности зависит от длины радикалов. В молекуле белка а- спиральные участки чередуются с линейными. Стабильность вторичной структуры в основном обес –
печивается водородными связями. Водородные связи включают не только электростатические силы притя – жения между атомами О и Н, но и электронные связи такого же типа, как в ряде комплексных соединений. Водородные связи намного слабее ковалентных, но их число очень велико, что и обеспечивает жёсткость а -спирали. Существует также в - конформация вторичной структуры (в фибриллярных белках, белках волос, мышц). В этом случае две или более полипептидных цепей, расположены параллельно и содержат иминокислоты. Между этими цепями точно образуются водородные связи, но в том месте, где есть иминогруппы, водородные связи не образуются и происходит излом, поэтому в – конформация имеет складчатую форму (в виде шифера). Белки в - спирали выполняют в основном опорную функцию, противостоят сжатию и растяжению. В природе существуют белки, строение которых не соответствует ни а - ни в- структуре (полигены). Некоторые белки имеют в своей структуре сочетание а – и в –
спирали.
ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА – пространственная ориентация полипептидной цепи в определённом объёме
(в трёхмерном пространстве). Иными словами, третичная структура показывает, каким образом полипептидная цепь, ввёрнутая частично или целиком в спираль, располагается в пространстве. Укладка полипептидной цепи в трёхмерном пространстве происходит за счёт радикалов. Как правило, в центре третичной структуры гидрофобные радикалы: лей, илей, вал, ала. Однако для мембранных белков это правило не действует. Пространственная структура белка зависит рН раствора, t, давления, линейной силы. Стабильность третичной структуры обусловлена помимо ковалентных связей ещё и нековалентными (электростатическими, линейными силами, гидрофобными взаимодействиями, дисульфидными связями). Тре –
тичная структура белка возникает совершенно автоматически и полностью детерминирована первичной структурой (размером, формой и полярностью радикалов аминокислотных остатков).
Основной движущей силой в возникновении треичной структуры является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом полярные гидрофобные радикалы аминокислот как бы вталкиваютя внутрь белковой молекулы, образуя там «сухие» зоны, в то время как полярные гидрофильные радикалы оказываются ориентированными в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекуы в целом и она стабилизируется. В такой форме белковая молекула характеризуется минимальной свободной энергией.
Третичную структуру имеют гемоглобин, пепсин, трипсин, хемотрипсин, карбонгидраза. Причём все свой –
свойства этих белков связаны с сохраностью их третичной стуктуры и поэтому называется нативной конформацией. Любые воздействия, приводящие к нарушению этой конформации сопровождается полной или частичной потерей белком биологических свойств.
4. ДЕНАТУРАЦИЯ. Под влиянием различных физических и химическх факторов белки подвергаются свёртыванию и выпадают в осадок, теряя свои нативные свойства. Денатурация – это изменение общего плана (конформации) уникальной структуры нативной молекулы белка, приводящее к потере биологических функций и физико- хмических свойств (растворимости).
Факторы, вызывающие денатурацию:
1. Температура (большинство белков денатурирует при нагревании до 60 градусов).
2. Ионизирующее излучение.
3. Химические факторы:
а) концентрированные кислоты и щёлочи;
б) водоотнимающие растворы;
в) тяжёлые металлы;
г) гемолитические яды.
МЕХАНИЗМ ДЕНАТУРАЦИИ.
В основе денатурации лежит освобождение энергии, которое возникает в результате разрушения связей (в основном водородных, дисульфидных). Пептидные связи не затрагиваются, поэтому первичная структура сохраняется. При этом происходит освобождение гидрофобных участков и понижается растворимость, так как гидрофобные участки взаимодействуют друг с другом. За счёт дополнительной энергии образуются случайные беспорядочные структуры. При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующего агента возможна РЕНАТУРАЦИЯ белка с полным восстановлением исходной структуры и нативных свойств.
ПРИЗНАКИ ДЕНАТУРАЦИИ:
1. снижение растворимости, особенно в ИЭТ, и вязкости белковых растворов;
2. освобждение функциональных СН - групп;
3. изменение характера рассеивания рентгеновских лучей;
4. снижение или потеря биологической активности (каталитической, антигенной, гормональной).
Состояние, близкое к денатурации, наблюдается при взаимодействии антитела с антигеном.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕНАТУРАЦИИ:
-
используя процесс денатурации в мягких условиях, его используют для получения и хранения ферментов в низких температурах.
-
явление денатурации используют в пищевой промышлености (для получения яичного порошка, консервов).
-
в медицине денатурацию используют для осаждения чужеродных белков, при ожогах, обморо –
жениях.
ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА. ОЛИГОМЕРЫ. ПОЛИФЕРМЕНТНЫЕ ПРОЦЕССЫ.
Под четвертичной структурой белка понимают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой (или разной) первичной, вторичной и третичной структурой, и формирование единого макромолекулярного образования в структурном и функциоанльном отношении.
Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, которая называется протомером, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при объединении с другими протомерами. Образовавшуюся при этом молекулу называют мультимером. Мультимерные белки чаще всего построены из чётного числа протомеров. Функционально активная часть мультимера называется субъеденицей.
В частности молекула белка глобина состоит из 2- а и 2-в субъедениц, каждая из которых состоит из двух одинаковых а- и в – полипептидных цепей соответственно. То есть молекула гемоглобина состоит из 4 –х
полипептидных цепей, каждая из которых окружает группу гема.
При определённых условиях (в присутствии мочевины) или при сдвиге рН молекула гемоглобина обратимо диссоциируют на 2 –а и 2-в полипептидных цепи. После удаления мочевины происходит автоматическая ассоциация исходной молекулы. Это возможно благодаря информации, заложенной в первичной структуре. То есть последовательность аминокислот содержит в себе информацию, которая реализуется на всех уровнях структурной организаци белка. Наиболее изученным мультемерным ферментом является ЛДГ, содержащий два типа полипептидных цепей: Н – сердечный и М - мышечный тип, и состоящий из 4-х субъединиц. Этот фермент, благодаря различным сочетанием субъедениц может существовать в 5- ти формах. Такие ферменты называются изоферментами.
ПЯТЫЙ УРОВЕНЬ организации представлен в виде ферментных комплексов, которые катализируют цепной и метаболический путь. Эти комплексы называются метаболонами, они чаще связаны с клеточными мембранами.
Стабильность четвертичной структуры обусловлена ковалентными связями между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по принципу комплементарности. Так, например, в гемоглобине каждая субъеденица имеет 4 контактные поверхности для связывания с гемом, 3 – для связывания с другими протомерами.
В последние 11 лет была сформулирована теория доменной структуры белка. Домен – это функциональный модуль, рабочая поверхность отдельного белка. То есть белок – это полифункциональный модуль, состоящий из нескольких доменов. Было установлено, что белки выполняющие одну и ту же функцию, но выделенные из разных веществ, имеют сходное строение. Домены друг относительно друга могут смещаться благодаря “ гибкости” белковой молекулы. Смещение происходит под действием температуры, факторов внешней среды, фосфорилирования, метилирования, и это отражается на свойствах и функциях белка.
Изучение третичной структуры показало, что все белки делятся на 5 групп, принадлежность к которым определяется отношнием а – структуры и в-конформации:
-
а-а-спираль
-
в-в-спираль
3),4),5) – различные модификации а- спирали и в-конформации
Методом комплексного моделирования было установлено, что любой белок в физиологических условиях имеет свою конформацию, которая постоянно меняется с частотой 10, то есть белковая молекула пульсирует, дышит. Все уникальные способности белка возможны благодаря биоёмкости биосинтеза белка. Это лежит в основе продолжительности жизни белка.
5. Биологические функции и классификация белков.
Функции белков:
1.Каталтическая (обеспечивает поток вещества, энергии, информации: около 2500 ферментов являются
белками).
2. Транспортная (гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, альбумины, трансферин, церулоплазмин).
3. Трофическая (резервная: альбумины, белки мышц, козеин, избыток белка превращается в липиды и углеводы).
4. Сократительная (локомоторная: актин, миозин).
5. Пластическая (структурная: коллаген, кератин, эластин).
6. Регуляторная (гормоны, альбумины регулируют осмотическое давление, водно-солевой баланс).
7. Защитная (интерфферон, протромбин, фибриноген).
8. Рецепторная (белки являются рецепторами, с помощью которых происходит восприятие сигнала из внешней среды).
9. Энергетическая.
Кроме всего этого белок - это главный злемент регуляции наследственного материала, генератор энергетического топлива в организме.
Классификация.
Выделяют две группы белков:
-
простые (протеины); построены только из аминокислот и при гидролизе распадаются только на аминокислоты: альбумины, гистоны, глобулины, проламины, протеиноиды;
-
сложные (протеиды); состоят из простого белка и небелкового комплекса (протетической группы): фосфопротеиды, хромопротеиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды.
МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ В РАСТВОРАХ.
Биуретовый метод:
В пробирку вносят 0,05 мл сыворотки крови, а затем - 2,5 мл биуретового раствора. Осторожно перемешивают. Через 30 минут в кювете при зелёном светофильтре (540 нм). Концентрацию исследуемого раствора сравнивают с графиком концентрации белка. Нормальное содержание белка в сыворотке у взрослых 6,5% - 8,5%, у детей - 5,6%- 8,55%. Повышенное содержание белка (гиперпротеинемия) встречается редко (при ревматизме, плазмоцитозе). Пониженное содержание белка (гипопротеинемия) – при злокачественных опухолях, дистрофии.
Рефрактометрический метод:
В основе лежит не одинаковая способность различных сред преломлять проходящие через них лучи света. Отношение sin угла падения к sin угла преломления называется коэффициентом преломления. Попадатель преломления вычисляется при помощи рефрактометра и соответственно этому значению находится процент содержания белка в сыворотке по таблице.
6. Значение и специфичность действия ферментов.
Ферменты, или энзимы, представляют собой высокоспециализированный класс веществ белковой природы, используемых живыми организмами для осуществления многих тысяч взаимосвязанных химических реакций, включая синтез, распад и взаимопревращение веществ. В настоящее время получены неопровержимые докозательства белковой природы ферментов:
-
Все ферменты действуют в мягких условиях: постоянная температура, постоянная рН, постоянная ионная сила, оптимальное соотношение субстратов, продуктов, модуляторов.
-
Все ферменты являются ВМС и образуют растворы, которые обладают буферными свойствами.
-
Способны к денатурации (необратимой) под воздействием тех же факторов, которые вызывают денатурацию белка. При этом ферменты полностью инактивируются.
-
При гидролизе распадаются на аминокислоты.
-
Обладают эффектом защиты (связывают ионы тяжёлых металлов).
-
Ферменты, как и белки, обладают антигенной активностью и при парентеральном введении стимулируют образование антител.
-
Имеют заряд, обладают электрофоретической подвижностью и амфотерными свойствами.
-
Не способны к диализу через клеточные мембраны.
-
Легко осаждаются из водных растворов методом фильтрования.
СПЕЦИФИЧНОСТЬДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ.
Высокая специфичность фермента обусловлена электростатической комплементарностью и уникальной структурой фермента, которое обеспечивает узнавание веществ. Имеются доказательства существования стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L - и D – форм или геометрических (цис – и транс -) изомеров.
Так известны оксидазы L - и D – форм. Если какое-либо соединение существует в форме цис- и транс - изомеров, то для каждой из этих форм существует свой фермент. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты ( транс-) , но не действует на цис- изомер – малеиновую кислоту .