14 Билет
1. Третич стр-ра – способ укладки полипептидной цепи в пространстве.
Для определения третичной стр-ры используют высокораз-решающий рентгеностр-рный анализ и компьютерное моделиро-вание, которые позволяют построить атомарную стр-ру белка. Для этого необходимо получить сверхочищенный белок в кристал-лическом сост.
В третич стр-ре у белков появляются функц-ные св-ва. Третичная стр-ра форм-ся самопроизвольно, но при решающем участии ряда вспомогательных факторов, и определяется первич стр-рой. Нативная конформация различных белков уникальна, строго индивидуальна и реализуется в проц функц-вания белка в виде ограниченного числа взаимопревращаемых близких вариантов (конформеров). Третичная стр-ра стабилизируется различными связями:
Ковалентными дисульфидными связями между цистеинами
Нековалентными - водородными, гидрофобными и ионными связями между боковыми радикалами аминокислот
Третичная стр-ра мб представлена в виде глобул и фибрилл. В больш-ве случаев внутри глобулы локализованы гидрофобные АМК, на поверхности водорастворимых бел-ков нах заряженные или полярные АМК. В мемб-ранных белках на нек-рых участках их поверхности конц-руются гидрофобные АМК, а на др, экспонированных наружу или внутрь кл – заряж или полярные. Молекула белка почти всегда гидратирована, поэтому связывает большое количество воды. Считается, что и в кристаллическом состоянии белки содержат связанную воду, однако внутри нативной белковой молекулы содержание воды обычно невелико.
Доменная стр-ра белков. Это промежуточный тип организации между вторичной и третичной стр-рой белков. Домен представляет собой стр-рно обособленный участок полипептидной цепи (модуль белка).
Четвертичная стр-ра предст собой способ укладки в пространстве нескольких полипептидных цепей, обладающих третич стр-рой и связанных др с др в виде единого макромол-рного белкового комплекса. Мол-рная масса таких белков может достигать сотен тысяч и даже миллионов Да. Такие белки называются субъединичными белками. В их составе могут объединяться как несколько одинаковых субъединиц, так и нескольких различных субъединиц – продуктов разных генов. Связи между субъединицами либо ковалентные (дисульфидные мостики), либо нековалентные. Появление четвертичной стр-ры в белках коррелирует с усложнением уровня развития живых объектов. Оно приводит к увеличению эффективности функционирования белков, к появлению регуляторных центров в белках и, следовательно, к совершенствованию механизмов регуляции активности белков, а также дает возможность комбинировать несколько различных функциональных центров в одной белковой молекуле. Таким образом, усложняясь белки становятся не только “умнее”, но и “сильнее”. При анализе сложных белков будут рассмотрены как примеры белков природного происхождения, так и искусственно полученных химерных белков.
Сходным способом формируется стр-ра и функциональные возможности надмолекулярных комплексов, которые по сути представляют собой переходный уровень организации биосистем между молекулярным и субклеточным. Надмолекулярные комплексы стабилизируются нековалентными связями. К таким надмолекулярным комплексам относ цитоскелет, метаболоны, рибосомы, нуклеопротеины и др.
На уровне третич и четвертич стр-ры в белках появл активные и регуляторн центры, контактные участки, к-рые мб орг-ваны в виде впячиваний, щелей и карманов, выстланные боковыми радикалами определенных аминокислот. Причем сходные функции обеспечиваются близкими по стр-ре функциональными центрами. Например, АТФ-связывающий центр с высокой степенью вероятности имеет одинаковую или близкую организацию у разных АТФ-связывающих белков. Вся остальная часть белковой молекулы, размеры которой значительно превосходят размеры функциональных центров, служит для организации, активации и поддержания дееспособности таких активных центров. Высокоточная стереоспецифическая организация функциональных центров является обязательным условием эффективного функционирования белков. Правильное взаимодействие достигается за счет электростатической и геометрической комплементарности определенных химических стр-р в комплексах: белок-белок, белок-субстрат, белок-кофактор, белок-регулятор. Более того, при этом должно реализовываться так называемое индуцированное соответствие между участниками комплекса, т.е. непосредственно в процессе взаимодействия осуществляется их взаимное влияние, создающее наилучшие условия для связывания. Так работают ферменты и белки без каталитической функции.
Полипептидная цепь организована: 1) ковалентными пептидными связями, 2) пространственная стр-ра формируется за счет водородных связей между С=О и N-H группами пептидных связей, фенольным кольцом L-Тир и СООН-группой L-Асп или L-Глу, 3) ионными связями между кислыми и основными аминокислотами (например, между L-Лиз и L-Глу, L-Арг и L-Асп), 4) ковалентными дисульфидными мостиками между двумя остатками цистеина, 5) гидрофобными взаимодействиями между ароматическим ядрами или алифатическим радикалами (на схеме все эти типы связей расположены в направлении слева направо).
Фолдинг - Процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную пространственную стр-ру. В результате на внешней поверхности белковой глобулы форм-ся полости актив центров, а также места контактов субъединиц мультимерных белков друг с другом и с биологическими мембранами.
фолдинг – формирование нативной пространственной стр-ры, в клетках происходит отбор из множества стерически возможных состояний одной-единственной стабильной и биологически активной кон-формации, определяемой, вероятнее всего, первичной стр-рой.
2 Вит- В1 (тиамин). В хим стр-ре содержатся 2 кольца – пиримидиновое и тиазоловое, соед-ых метиленовой связью. Обе кольцевые системы синтез-тся отдельно в виде фосфорилированных форм, затем объедин-ся через четвертичный атом азота.
Тиамин хорошо растворим в воде. Водные растворы тиамина в кислой среде выдерживают нагревание до высоких температур без снижения биологической активности. В нейтральной и особенно в щелочной среде вит- B1 быстро разрушается при нагревании. При окислении тиамина обр-ется тио-хром, дающий синюю флюоресценцию при УФ-облучении.
Вит- B1легко всасывается в киш-ке, но не накапливается в тканях и не облад токсич св-вами. Избыток пищевого тиамина быстро выводится с мочой. В превращении вит-а B1в его активную форму – тиаминпирофосфат (ТПФ), называемый также тиамин-дифосфатом (ТДФ), участвует специфический АТФ-зависимый ф-т тиаминпирофосфокиназа, содержащаяся главным образом в печени и ткани мозга. Опытами с меченным 32Р АТФ доказан перенос на тиамин целиком пирофосфатной группы в присутствии ф-та. ТПФ имеет следующее строение:
Если вит- B1поступает с пищей в виде ТПФ, то пирофосфатная группа отщепляется от него под действием кишечных пирофосфатаз.
При отсутствии или недостаточности тиамина развивается тяжелое заболевание – бери-бери. Специфич симптомы связаны с преимущ наруш-ми деятельности и сердечно-сосудистой, и НС, а также пищеварительного тракта. В настоящее время пересматривается точка зрения, что бери-бери у человека явл следствием недостаточности только вит-а В1. Более вероятно, что это заболевание представляет собой комбинированный авит-оз или полиавит-оз, при к-ром орг-м испытывает недостаток также в рибофлавине, пиридоксине, вит-ах РР, С и др.
К наиболее ранним симптомам авит-оза В1 относятся нарушения моторной и секреторной функций пищеварительного тракта: потеря аппетита, замедление перистальтики киш-ка, а также изменения психики, отмечаются изменения деятельности сердечно-сосудистой системы. При дальнейшем развитии авит-оза выявл симптомы поражения периферич НС. Эти поражения завершаются контрактурами, атрофией и параличами нижних, а затем и верхних конечностей. В этот же период развиваются явл сердечной недостаточности. Биохим нарушения при авит-озе В1 проявл развитием отрицательного азотистого баланса, выделением в повышенных количествах с мочой АМК и креатина, накоплением в крови и тканях α-кеток-т, а также пентозосахаров. Содержание тиамина и ТПФ в сердечной мышце и печени у больных бери-бери в 5-6 раз ниже нормы.
Биологическая роль. Экспериментально доказано, что вит- B1в форме ТПФ явл составной часть минимум 5 ф-тов, участвующих в промежуточном обмене в-в. ТПФ входит в сост 2 сложных ф-тных систем – пируват - и α - кетоглутарат дегидрогеназных комплексов, кат-ющих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и α-кетоглутаровой к-т. В составе транскетолазы ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара. ТПФ явл коф-том пируватдекар-боксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ф-тации) и дегидро-геназы γ-оксикетоглутаровой к-ты.
Распространение в природе и суточная потребность. Вит- В1 широко распространен в природе. Основное количество его человек получает с растительной пищей. Много вит-а B1содержится в дрожжах, пшеничном хлебе из муки грубого помола, оболочке и зародышах семян хлебных злаков, сое, фасоли, горохе, меньше – в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты вит-ом B1печень, почки, мозг.