1. Загальна характеристика та біологічні функції білків і пептидів.Білки́ — складні високомолекулярні природні органічні речовини, що складаються з амінокислот, сполучених пептидними зв'язками.Зазвичай білки є лінійними полімерами — поліпептидами, хоча інколи мають складнішу структуру. Поліпептидні ланцюжки завдовжки від двох до кількох десятків амінокислотних залишків зазвичай називають пептидами, при більшому ступені полімеризації — власне білками або протеїнами. Послідовність амінокислот у конкретному білку визначається відповідним геном і зашифрована генетичним кодом. Хоча генетичний код більшості організмів визначає лише 20 «стандартних» амінокислот, їхнє комбінування уможливлює створення великого різноманіття білків із різними властивостями.Функції білків в клітині різноманітні. Білки-ферменти каталізують протікання біохімічних реакцій і грають важливу роль в обміні речовин. Деякі білки виконують структурну або механічну функцію, утворюючи цитоскелет, що є важливим засобом підтримки форми клітин. Також білки грають важливу роль в сигнальних системах клітин, клітинній адгезії, імунній відповіді і клітинному циклі, виконують транспортну, рецепторну, моторну та запасаючу функції.

Пепти́ди— родина природних чи синтетичних сполук, молекули яких складаються із двох і більше залишків α-амінокислот, з'єднаних у нерозгалужений ланцюг ковалентними пептидними зв'язками -C(O)-NH-. Пептидні зв'язки утворюється внаслідок реакції конденсації між α-карбоксильню групою однієї амінокислоти, та α-аміногрупою іншої. Більшість природних пептидів побудовані із двадцяти «стандартних» протеїногенних амінокислот, що кодуються генетичним кодом. Функції:

1. Структурна (формують органи, тканини, клітини, субклітинні структури, у комплексі з ліпідами формують біомембрани)

2. Ферментативна (характ. для ферментів, які за хім. Будовою є білками або комплексами білків з низько молекул. небілковими сполуками)

3. Регуляторна (гормони, які продукуються залозами внутр. секреції, регулюють різні обмінні процеси в організмі людини)

4. Транспортна ( забезпеч міжкліт і внутрішньокліт транспорт лігандів: альбуміни сироватки крові

переносять жирні кислоти, білірубін, лікарські препарати та токсичні сполуки; гемоглобін еритроцитів-кисень, ліпопротеїди- ліпіди, трансфери – Ферум)

5. Скоротлива ( актин і міозин забезпечують скоротливу роботу м'язів)

6. Захисна (білки імунної сис-ми забезпечують захист організму від бактерій, токсинів, вірусів. Білки сис-ми гомеостазу протидіють кровотечі та тромбоутворенню)

7. Специфічні ( білки у вигляді ДНК і РНК беруть участь у зберіганні й передаванні спадкової інформації)

2. Амінокислотний склад білків та пептидів: будова, сучасні класифікації, біологічна роль. Молекули білків є лінійними полімерами, що складаються з α-L-амінокислот (які є мономерами цих полімерів) і, в деяких випадках, з модифікованих основних амінокислот (щоправда модифікації відбуваються вже після синтезу білка на рибосомі).При утворенні білка в результаті взаємодії α-аміногрупи (-NH₂) однієї амінокислоти з α-карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти утворюються пептидні зв'язки. Кінці білка називають С- і N- кінцями (-COOH чи -NH₂). При природному синтезі білка на рибосомі, нові амінокислоти приєднуються до C-кінця, тому назва пептиду або білка дається шляхом перерахування амінокислотних залишків починаючи з N-кінця.

Сучасна раціональнакласифікація, щобазується на полярності та заряді

радикалу R, передбачаєчотирикласиамінокислот (табл. 2.2):

I — амінокислоти з неполярними (гідрофобними) R-групами;

II — амінокислоти з полярними (гідрофільними) незарядженими R-групами;

III — амінокислоти з негативно зарядженими R-групами (кисліамінокислоти);

IV — амінокислоти з позитивно зарядженими R-групами (основніамінокислоти)

3. Фізико-хімічні властивості амінокислот. Є амфотерними електролітами, що можусь дисоціювати з утворенням іонних форм – аніона або катіона. У водному середовищі існують у вигляді рівноважної суміші, що скл з аніонної, катіонної форм та біполярного іона. Ссумарний заряд молекули амінокислоти(відповідно білків і пептидів) визначається взаємовідношенням між кількістю вільних кислотних та основних груп, ступенем їх дисоціації та рН середовища. У кислих розчинах переважає катіонна форма амінок-т(молекули заряджені позитивно), в лужних – аніонна(амінок-ти заряджені негативно). Ці властивості визначають їхню здатність ддо електрофорезу(розділенню у високовольтному простійному електричному полі). При рувновазі зарядів молекула амінок-тти перебуває в ізоелектричному стані.Характерне значення рН, при якому амінок-та має сумарний нульовий заряд, називається рН ізоелектричної точки(рІ). Залежно від полярності біологічних радикалів, амінок-ти в більшій чи меншій мірі взаємодіють із диполями води, тобто проявляються гідрофобні чи гідрофільні властивості. Полярніть на кислотно-основні властивості визначають особливості структури, фізико-хімічні та біологічні властивості білків, що синтизуються з цих амінок-т. Атом вуглецю є хіральним центром молекули, на основі цього амінок-ти є оптично активними сполуками, тобто здатні до обертання площини поляризованого світла. α-амінна таα-карбоксильна групи здатні утв кислото-амідні(пептидні) зв’язки за рахунок відщеплення елементів молекули води, тобто вступати до реакції поліконденсації. Поліаміди, що утв в зазначених реакціях, отримали назву пептидів

4. Сучасні методи визначення амінокислотного складу білків (електрофорез, хроматографія). Дослідження амінокислотного складу є першим етапом у визначенні первинної структури білка чи пептиду. Спочатку білки піддають їх гідролізу за допомогою кислот, лугів або ферментів. Одержаний гідролізат досліджують методом розподільної й іонообмінної хроматографії. Речовини, нанесені на колонку, заповнену адсорбентом, переміщуються з неоднаковою швидкістю, розділяються на фракції. Сучасні прилади – амінокислотні аналізатори – дають змогу за кілька годин провести детальні якісний і кількісний аналіз гідролізату будь-якого білка. для ізоляції білка або білків використовуються різні типи хроматографії, що базуються на таких характеристиках білків, як молекулярна вага, питомий заряд (наприклад, високоефективна рідинна хроматографія) або спорідненість до зв'язування (адсорбційна хроматографія). Рівень очищення може контролюватися, використовуючи різні типи гелевого електрофорезу, якщо відомі молекулярна маса білка та його ізоелектрична точка, спектроскопічні методи, якщо білок має помітні спектроскопічні особливості, або випробування ферментативної активності, якщо білок має ферментативну активність. Додатково, білкиможуть бути ізольовані на основіїхньогоелектричного заряду за допомогою ізоелектричногофокусування.  Хроматографічніметоди (наприклад, гелевийелектрофорез, високоефективнарідиннахроматографія) використовуються для розділенняпродуктівреакції, післячого вони можуть бути візуалізовані за допомогоюіншихметодів. 

5. Рівні структурної організації білків. Хімічні зв’язки в білковій молекулі. Первинна структура: це пептидний ланцюг, побудований із залишків L-амінокислот. Крім пептидних зав’язків, первинну структуру білків створюють також дисульфідні зв’язки, що з’єднують певні ділянки поліпептидного ланцюга або окремі пептиди.

Вторинна структура: це ряд конформацій, утворення яких зумовлено, головним чином, водневими зв’язками між окремими ділянками пептидного ланцюга або різними пептидними ланцюгами. Розрізняють 2 основних типи впорядкованої вторинної структури білкових молекул:1) α-спіраль – конформація, яка утворюється при просторовому скручуванні поліпептидного ланцюга за рахунок водневих зав’язків, ці зв’язки спрямовані паралельно до осі молекули. Цю конформацію можна уявити у вигляді лінії, що йде по боковій поверхні уявного циліндра. Вона утв за умов певних стеричних взаємовідносин між амінокислотними залишками, її формування залежить від амінокислотного складу поліпептидного ланцюга. 2) β-структура – структура типу складчастого шару, скл із зигзагоподібно розгорнутих поліпептидних ланцюгів, що розташовані поряд. Утв за рахунок міжланцюгових водневих зв’язків, що з’єднують сусідні поліпептиди.

Третинна структура: являє собою спосіб укладання в тривимірному просторі поліпептидного ланцюга з первинною структурою. В утв та стабілізації третинної структури беруть участь водневі, іонні, гідрофобні зв’язки та взаємодії. Виділяють глобулярні білки та фібрилярні білки. Глобулярні – мають округлу(кулеподібну, еліпсоїдну) форму(альбумін сироватки крові, гемоглобін). Такі білки побудовані з одного або декількох зв’язаних дисульфідними місточками поліпептидних ланцюгів, що згорнуті в щільні кулеподібні форми. Особливістю третинної структури глобулярних білків, що визначає їх важливі фізико-хімічні властивості, є характер розташування полярних і неполярних амінокислотних залишків. У більшості випадків полярні залишки розміщені на поверхні, а не полярні занурені в глиб. Фібрилярні – білки, структурною особливістю яких є витягнута форма молекули(колаген). Вони схильні до утв мультимолекулярних ниткоподібних комплексів – фібрил, що скл з декількох паралельних поліпептидних ланцюгів. Формування багатьох біологічно важливих білків відбувається шляхом утв супервторинних структур.

Четвертинна: утв при об’єднанні декількох поліпептидних ланцюгів або протомерів, кожен з яких має свою характеристику впорядковану конформацію

6. Фізико-хімічні властивості білків. Амфотерність. Ізоелектрична точка (рІ). 1) Амфотеність. Білкові молекули є амфотерними електролітами й у водних розчинах утворюють амніони, знак та заряд яких залежить від амінокислотного складу та pH середовища. Амфотерність визначається наявністю карбоксильних і амінних груп. Амфотерні властивості проявляються за рахунок електролітичної дисоціації NH₂ і COOH груп: у кислому середовищі білок дисоціює як луг, а в лужному, як кислота. У лужному середовищі білкова молекула заряджається негативно.

Значення pH середовища, в якому сумарний електричний заряд білкової молекули = 0 ( молекула електронейтральна) –ізоелектрична точка ( pI).

pI= pH 0

pI>pH +

pI<pH -

2)Буферні властивості ( підтримує сталість pH)

3)Розчинність. Розчинна у воді, бо навколо кожної молекули білка є гідратна оболонка.

4)Електрофоретична рухливість – здатність білкових молекул рухатись у постійному електричному полі, залежно від значення заряду і молекулярної маси( Мала маса, великий заряд – швидко рухаються і навпаки).

5) Висолювання – зворотна реакція осадження білків великими концентраціями нейтральних солей лужних та лужноземних металів. Білки випадають в осад під дією нітратів солей. Солі руйнують гідратну оболонку. Зворотний процес.

7. Розчинність білків. Термодинамічна стабільність білкових молекул, денатурація. Розчинність залежить від переважання в їх складі полярних і неполярних амінокислотних залишків. Глобулярні білки добре розчинні у воді або слабких сольових розчинах солей лужних металів. Збільшення в розчинах вмісту катіонів металів та амонію супроводжується дегідратацією білкових молекул і осадженням певних білків(метод висолювання). Денатурація – втрата білковою молекулою притаманної їй просторової структури(нативної конформації) та порушення характерних для даного білка фізико-хімічних властивостей. Вона супроводжується зниженням або втратою специфічної для даного білка біологічної активності. Відбувається внаслідок впливу жорстких хімічних, фізико-хімічних та фізичних факторів. Механізм впливу денатуруючих агентів полягає в руйнуванні слабких зв’язків, що стабілізують упорядковані типи просторової організації білкових молекул. Білки як гідрофільні речовини у воді спочатку набухають, а потім молекули білка відриваються від загальної маси і поступово переходять у розчин. Однак деякі білки(колаген) , зв’язуючи воду набухають, але не розчиняються. Під час розчинення білка відбувається зєднання молекули води з білком(гідратація).Утворена гідратна оболонка міцно зв’язана з макромолекулою білка. Розчинність залежить від амінокислотного складу та структурної організації. Найменш стійкий білок в ізоелектричному стані: втрачаючи заряд молекули білка зближуються, склеюються та випадають в осад (коагуляція).

В основі денатурації лежить руйнування зв’язків, що стабілізують структури (четвертинна, третинна, вторинна). Як наслідок відбувається розрив поліпептидного ланцюга і набування ним форми невпорядкованого клубка та випадання в осад. Денатурація буває викликана хімічними та фізичними чинниками. До останніх відноситься температура ітдітп. Найбільш вивченою є температурна або теплова денатурація. Більшість білків зазнає денатурації в розчинах при температурі, вищій 50-60˚С.Легше піддаються денатурації білки в ізоелектричному стані.Для денатурованих білків характерно:

1)збільшення кількості функціональних груп, бо частина з них була схована всередині молекули і не виявлялась звичайним методом.

2)зменшення розчинності й випадання в осад(через втрату гідратної оболонки,нейтралізацію заряду,вивільнення гідрофобних радикалів)

3)зміна конфігурації молекули білка

4)Втрата біологічної активності

8. Методи виділення білків з біооб’єктів, їх фракціонування та аналіз будови. Для виділення білків найчастіше використовують їх екстрагування за допомогою різних розчинників, вибір яких залежить від фізико-хімічних властивостей білків або їхніх груп, яку потрібно виділити. Якщо треба виділити білки, які локалізовані в певних субклітинних органелах та зв’язані з біоструктурами, ця процедура включає: руйнування тканинних та клітинних структур; центрифугування з метою отримання ізольованих фракцій ядер, мітохондрій, мембран ендоплазматичного ретикулуму, лізосом; переведення білків субклітинних фракцій у розчинний стан шляхом обробки біоструктур детергентами або сольовими розчинниками; осадження білків шляхом висолювання або використанням етаном, ацетоном.

Фракціонування здійснюється на основі відмінностей у фізико-хімічних властивостях індивідуальних білків. Методи фракціонування:

1. методи, що базуються на відмінностях у молекулярній масі білка

1.1. Ультрацентрифугування – ґрунтується на застосуванні швидкісних ультрацентрифуг. Внаслідок дії значної центробіжної сили, макромолекули осідають. За допомогою рівняння Сведберга можна обчислити молекулярну масу білка M=RTs/D(1 - vρ) де R – газова стала, T – абсолютна температура, D – коефіцієнт дифузії білка, v – парціальний питомий об’єм білка, ρ – густина розчинника.

1.2. Гель-хроматографії – в основу покладено відмінності в швидкостях проходження білкових молекул через спеціальні гелі, які відіграють роль молекулярного сита. Застосовують полімерні сполуки, найчастіше – похідні полісахариду декстрану, що мають форму гранул із порами певного розміру.

2. Методи, що базуються на відмінностях у кисло-основних властивостях білків.

Іонообмінної хроматографії – базується на здатності заряджених молекул білків вибірково зв’язуватися за допомогою іонного обміну з певними ділянками іонообмінників. Найчастіше використовують іонообмінники на основі целюлози.

3. Методи, що базуються на відмінностях у біохімічній активності індивідуальних білків.

Ця група методів ґрунтується на використанні різної спорідненості природних білків до певних хімічних лігандів, з якими окремі білкові молекули активно взаємодіють у живих організмах – хроматографія за спорідненістю(афінна хроматографія). Суміш білків пропускають через хроматографічну колонку, що містить природні ліганди для білка, який потрібно виділити із складної суміші.

9. Сучасні класифікації білків. Загальна характеристика простих білків, їх роль. За електрохімічними властивостями: кислі (поліаніонні), основні (полікатіонні), нейтральні.

За полярними властивостями: полярні(гідрофільні, добре розчинні, містять багато полярних груп), неполярні(гідрофобні, багато аполярних груп, майже нерозчинні), амфіфільні(амфіпатичні, подвійні властивості).

За функціями: гормони, ферменти, скоротливі та ін.

За побудови: прості(при гідролізі розщеплюються тільки до амінокислот) та складні (двокомпонентні білки).

Прості:

Альбуміни – тваринного та рослинного походження, в плазмі крові, розрізняють: серо-, лакто- та міоальбуміни, глобулярні білки, невелика молекулярна маса, мають некомпенсований від’ємний заряд, кислі властивості, добре розчинні у воді й сольових розчинах, висока гідрофільність та дисперстність, висока адсорбційна здатність.

Глобуліни - тваринного та рослинного походження, в плазмі крові, розрізняють: серо-, лакто- та міоглобуліни, глобулярні білки, не розчиняються у чистій воді, а тільки в слабких сольових розчинах, слабкокислі або нейтральні білки, слабогідратизовані.

Гістони – тканинні білки, зв’язані з ДНК за допомогою електростатичного звязку, мають невелику молекулярну масу, кислі білки, залежно від співвідношення аргініну і лізину розрізняють: Н₁(дуже багато лізину), Н_2а(помірно лізину), Н_2b(помірно аргініну), Н₃(дуже багато аргініну), Н₄(багата аргініном і гліцином)_.

Протаміни – мають дуже низьку молекулярну масу, основні властивості, полікатіонні, переважно знаходяться в клітинах, які не здані до поділу.

Проламіни – рослинні, не розчиняються у воді, сольових розчинах, кислотах і лугах, розчиняють тільки в 60-80%спирті.

Глютеліни – рослинні, нерозчинні у воді, спирті й розчинах солей, розчинаються тільки в слабких лугах.

Протеїноїди – висока стійкість до різних фізичних та хімічних факторів, не розчинні у воді й сольових розчинах, слабо розчинні в кислотах і лугах, фібрилярні білки, утв фібрили.

10. Природні пептиди: класифікація, біохімічна характеристика. Пепти́ди— родина природних чи синтетичних сполук, молекули яких складаються із двох і більше залишків α-амінокислот, з'єднаних у нерозгалужений ланцюг ковалентними пептидними зв'язками -C(O)-NH-. Пептидні зв'язки утворюється внаслідок реакції конденсації між α-карбоксильню групою однієї амінокислоти, та α-аміногрупою іншої. Більшість природних пептидів побудовані із двадцяти «стандартних» протеїногенних амінокислот, що кодуються генетичним кодом. За функціями: пептидні гормони (біологічно активні речовини, які беруть участь у проведенні сигналів між клітинами), нейропептиди (сполуки, що синтезуються в нейронах мозку і залучені в регуляційні та сигнальні процеси), регулятори травлення, похідні білків сироватки крові (впливають на тонус судин), виділені з тканин мозку та передсердя, глутатіони (трипептид, який бере учать в регуляції багатьох ОВР. Пептиди ділять на :

-гормони( вазопресин, глюкагон, кальцитонін)

-регулятори травлення (гастрит, секретин)

-похідні білків сироватки крові(впливають на тонус судин: брадикінін, ангіотензин, калідин)

-атріопептиди (виділені із передсердя- підсилюють виділення натрію і хлору з нирок)

-нейропептиди(знеболення, сон, пам'ять, навчання)

-глутатіон ( трипептид, регуляція ОВР, антиоксидант

11. Складні білки: класифікація, представники, вміст в організмі людини. білки, яку мають у своєму складі не тільки білкову частину (апопротеїн) і небілкову частину(кофактор), який у свою чергу поділяється на простетичну групу (міцний, ковалентний зв'язок) і кофермент(не міцний, не ковалентний). Виділяють такі групи:хромопротеїни, фосфопротеїни, метало протеїни, нуклеопротеїди, глікопротеїни, ліпопротеїни та флавопротеїни. Кофактор надає голопротеїнам певних властивостей. Присупні у всіх відділах організму людини, і виконують найрізноманітніші ф-ії. Сполуками неамінокислотної природи, що входять до складу складних білків (простетичними групами), можуть бути вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти, нуклеотиди, порфірини, іони металів, залишки фосфорної кислоти. Простетична группа може бути з’єднана з білковою частиною (апопротеїном) як ковалентними зв’язками, так і нековалентними (водневими, іонними, гідрофобними). Залежно від хімічної природи простетичної групи складні білки поділяються на:

а) глікопротеїни — білки, простетичними групами в яких є моно- або олігосахариди. У складі глікопротеїнів вуглеводна частина ковалентно зв’язана з одним із бічних амінокислотних радикалів пептидного ланцюга. Комплекси білків із високомолекулярними гетерополісахаридами (мукополісахаридами) називаються протеогліканами;(Глобуліни,резус-антитіла, маноза)

б) ліпопротеїни — білки, простетичними групами яких є ліпіди (триацилгліцероли, складні ліпіди, ліпіди низької щільності тощо);

в) нуклеопротеїни — білки, небілковою частиною яких є нуклеїнові кислоти ДНК та РНК (дезоксирибонуклеопротеїни та рибонуклеопротеїни, відповідно). Нуклеопротеїни є надмолекулярними комплексами, що становлять субклітинні органели — хроматин, рибосоми тощо;

г) хромопротеїни — білки, що мають забарвлену, пігментну простетичну группу (нуклеотид, порфірин у комплексі з металом); прикладами хромопротеїнів є флавопротеїни та цитохроми дихального ланцюга мітохондрій, гемоглобін еритроцитів;

д) металопротеїни — білки, які містять метал, що не входить до складу металопорфіринового комплексу(церулоплазмін - мідь, трансфери - залізо тощо);

е) фосфопротеїни — білки, які містять у своєму складі залишок фосфорної кислоти, поєднаний фосфодіефірним зв’язком із гідроксильної групою серину або треоніну пептидного ланцюга(козеїноген – молоко, вітелін – жовток, іхтулін - ікра).

12. Загальна характеристика хромопротеїнів, особливості структури, біологічна роль. складні білки, у яких небілкова частина надає молекулі забарвлення. У тваринному світі поширені залізопорфіриновмісні білки (забарвлення крові) а у рослинному – магнійпорфіриновмісні(зелений колір). Перші створюють підрупу – гемо протеїни(гемоглобін, міоглобін, каталаза). Негемовмісні:церулоплазмін – мідь; трансферин – залізо. Це металопротеїни; Кофактор-похідне ізоалоксину-флавопротеїни. Ф-ія: утворення та перетворення сонячного світла, транспорт газів до тканин, транспорт е^- і протонів під час ткан. Дихання та ін.

13. Гемопротеїни: міоглобін, гемоглобін, цитохроми. Їх біологічні функції та структурні особливості. Загальна характеристика гемоглобінопатій і таласемій. Нормальний вміст гемоглобіну в крові. Гемоглобін-переносник кисню та вуглекислого газу. Надає еритроцитам червоного забарвлення. Віділяють: Гемоглобін А₁ 96%2 ланцюга - α субодиниці, 2 –β.(Hbα₂β₂);гемоглобін А₂ 2,5%(Hbα₂δ₂);гемоглобін F (1.5% (α₂ϒ₂)). Гемоглобін+кисень=оксигемоглобін; гемогл+вуглекисл=карбгемоглобін; гнмоглоб+чадн.газ=карб оксигемоглобін. Метгемоглобін - ферум у складі гему стає трьохвалентним. Під таласемією розуміють групу спадкових захворювань, що проявляються порушенням синтезу будь-якої з ланцюгів глобіну. Відзначається гіпохромна анемія при нормальному або підвищеному вмісті заліза сироватки. Міоглобін-білок м’язів. Маса у 4 р. менша ніж у гемоглобіна. Білкова частина представлена 1 поліпептидним ланцюгом. Швидко зв’язує О2. Цитохроми – білки мітохондрій і ЕПС. Ф-ія транспорт електроній під час клітинного дихання, або знешкодження токсичнх речовин в ЕПС.

14. Флавопротеїни: особливості будови та роль в організмі. хромопротеїни, що містять простетичні групи, представлені окисленими похідними рибофлавіну — флавінмононуклеотидом (ФМН) і флавінаденіндінуклеотидом (ФАД). Флавопротеїни входять до складу оксидоредуктаз — ферментів, що каталізубють окислювально-відновні реакції в клітині. Деякі флавопротеїни містять іони металів. Типовими представниками флавопротеїнов, що містять також негемове залізо, є ксантин-оксидаза, альдегідоксидаза, дігідрооротатдегідрогеназа, аціл-коа-дегідрогеназа і електрон-транспортний флавопротеїн. На долю двох останніх припадає до 80 % мітохондріальних флавопротеїнів, що виконують важливу роль в біоенергетиці клітини.

15. Глікопротеїни: класифікація, особливості структури, поширення, біологічні функції. Глікопротеїни - це складні білки, в яких білкова частина молекули ковал. зв’язана з гетероолігосахаридами. Крім глікопротеїнів існують також протеоглікани і глікозаміноглікани. Моносахариди, пов'язані з конкретним білком, можуть бути різними: це може бути глюкоза, фруктоза, манноза та ін. Ті чи інші моносахариди, пов'язані з білком, змінюють біохімічні та імунологічні властивості білка, його просторову конфігурацію і ін.. Глікопротеїни є важливим структурним компонентом клітинних мембран тваринних і рослинних організмів. До глікопротеїну відносяться більшість білкових гормонів. Глікопротеїни мембран еритроцитів, специфічно глікозильований тими чи іншими вуглеводними залишками, але що мають гомологічную білкову частину, зумовлюють групу крові у людини. Також глікопротеїнами є всі антитіла, інтерферони, компоненти комплементу, білки плазми крові, молока, рецепторні білки і ін..

16. Нуклеотиди: будова, структурні компоненти, номенклатура, біологічна роль. Нуклеотиди — трикомпонентні сполуки, які побудовані з азотистої основи пуринового чи піримідинового ряду, залишків пентоз (рибози або дезоксирибози) та фосфату. В основі структури азотистих основ нуклеотидів лежать ароматичні гетероциклічні сполуки пурин та піримідин. Пуринові основи нуклеїнових кислот

У гідролізатах нуклеїнових кислот постійно містяться дві пуринові основи — аденін (А) та гуанін (Г)

Піримідинові основи нуклеїнових кислот До складу нуклеотидів нуклеїнових кислот входять три головні піримідинові основи: урацил (У), тимін (Т), цитозин (Ц).

Оксипохідні пурину та піримідину можуть перебувати у двох таутомерних формах — лактамних і лактимних, — залежно від рН середовища. У складі нуклеотидів нуклеїнових кислот оксипохідні пурину та піримідину знаходяться в лактамній формі, що сприяє утворенню міжмолекулярних водневих зв’язків між пуринами та піримідинами окремих ланцюгів у дволанцюговій структурі молекул ДНК та в одноланцюгових РНК.

17. Мінорні азотисті основи та нуклеотиди. Вільні нуклеотиди: участь у метаболічних реакціях та їх регуляції. Крім зазначених вище основних п’яти азотистих основ (двох пуринових та трьох піримідинових), до складу деяких нуклеїнових кислот входять у відносно незначних кількостях додаткові (мінорні) азотисті основи та відповідні їм мінорні нуклеотиди. Найбільша кількість мінорних нуклеотидів зустрічається в молекулах транспортних РНК (тРНК) — до 5 % загального нуклеотидного складу. До мінорних нуклеотидів належать метильовані похідні звичайних азотистих основ, зокрема, 1-метиладенін, 2-метиладенін, 6-диметиладенін, 1-метилгуанін, 7-метилгуанін, 1-метилурацил, 5-оксиметилурацил, 3-метилцитозин тощо. ДНК людини містять значну кількість 5-метилцитозину, інформаційні РНК — N-метильовані похідні аденіну та гуаніну.

Нуклеотидом незвичайної структури, що входить до складу тРНК, є псевдоуридин () — нуклеотид, в якому рибоза приєднана до урацилу в 5-му положенні, тобто не азот-вуглецевим, а вуглець-вуглецевим зв’язком. Біологічні функції мінорних нуклеотидів до кінця не з’ясовані. Біохімічніфункції вільних нуклеотидів: 1. Участь в енергетичному обміні (реакціях окисного фосфорилювання) — функцію виконують нуклеотиди аденілової системи (АТФ, АДФ). Ці ж нуклеотиди та АМФ можуть бути алостеричними модуляторами певних регуляторних ферментів, зокрема ферментів гліколізу, біосинтезу пуринових нуклеотидів. 2. Участь у метаболічних реакціях у ролі коферментів, зокрема: – НАД, НАДФ, ФАД, ФМН — у реакціях біологічного окислення; – УТФ, УДФ — у реакціях біосинтезу глікогену; – ЦТФ, ЦДФ — у біосинтезі гліцерофосфоліпідів.

18. Нуклеїнові кислоти: особливості структурної організації, фізико-хімічні властивості, біологічні функції ДНК і РНК. Експериментальне доведення генетичної ролі ДНК (феномен трансформації). Як уже зазначалося, всі класи нуклеїнових кислот (ДНК та РНК) є високомолекулярними сполуками, основою первинної структури яких є полінуклеотидний ланцюг, побудований із мономерів — нуклеотидів. Окремі нуклеотиди сполучаються між собою в полінуклеотидний ланцюг за рахунок фосфодіефірних зв’язків, що утворюються між 3'- та 5'- гідроксильними групами пентоз (рибоз або дезоксирибоз) сусідніх нуклеотидів.

Біологічні функції ДНК:

1. Збереження спадкової інформації.

Кількість ДНК у соматичних та статевих клітинах організму людини є сталою

величиною, яку ці клітини отримують у процесах запліднення батьківських гамет та

подальшого поділу зиготи.

2. Передавання генетичної інформації нащадкам.

Подвоєння молекул ДНК у процесі реплікації та передавання нащадкам копій

материнських молекул є основою консерватизму спадковості, збереження протягом

багатьох поколінь основних біологічних ознак виду.

3. Реалізація генетичної інформації.

Ця біологічна функція здійснюється за рахунок передачі закодованої в ДНК інформації молекулам інформаційних (матричних) РНК (транскрипції) та подальшої розшиф- ровки цієї інформації присинтезі білків (трансляції).

Сукупність зазначених біологічних функцій ДНК та механізмів їх реалізації отримала назву — центральна догма молекулярної біології (Ф.Крік) (рис. 3.1):

Експериментальне доведення генетичної ролі ДНК (феномен трансформації)

У 1928 р. англійським мікробіологом Ф. Гріффітом (F. Griffith) при вивченні двох

штамів пневмококів Streptococcus pneumoniae — патогенного, що викликає

пневмонію в людини та мишей (капсульної S-форми), та непатогенного мутанта

(безкапсульної R-форми) — було відкрито явище трансформації. Вона полягала

в можливості перетворення непатогенної R-форми в патогенну S-форму:

трансформація R S

Гріффіт встановив, що трансформація пневмококів відбувається за умов

взаємодії в організмі піддослідних тварин (мишей) вбитої нагріванням S-форми

(патогенної) з живою непатогенною R-формою. Був зроблений висновок, що у

вбитих нагріванням вірулентних клітинах пневмококів (штам S) присутній певний

трансформуючий фактор, який, проникаючи в живі невірулентні клітини (штам

R), змінює біологічні властивості останніх, надаючи їм властивість патогенності,

до того ж ця властивість є спадковою:

трансформуючий фактор

Пізніше, в 1944 р., групою дослідників із Рокфелерівського інституту (США) —

О.Евері, К.Мак-Леодом та М.Мак-Карті (O.Avery, C.McLeod, M.McCarthy) при

дослідженні хімічної природи екстрактів патогенних пневмококів, які спричиняють

трансформацію, було доведено, що трансформуючим фактором пневмококів є

клітинна ДНК: ДНК

Таким чином, у результаті досліджень О.Евері та співавторів генетичне

поняття “фактор спадковості”, або “ген” уперше набуло конкретного моле-

кулярного змісту — ним виявилась дезоксирибонуклеїнова кислота.

19. Фізико-хімічні властивості нуклеїнових кислот. Реакційноздатність

Усі полінуклеотиди, ДНК зокрема, є сильними багатоосновними кислотами з

низьким значенням рК. Кислотність ДНК обумовлена вторинними фосфатними

групами, що при рН > 4 повністю іонізовані.

Завдяки кислотним властивостям і наявності на своїй поверхні негативних

зарядів молекули ДНК при фізіологічних значеннях рН активно реагують і

утворюють комплекси з катіонами:

– поліамінами (спермідином, сперміном);

– основними білками (гістонами, протамінами);

– катіонами металів (Са2+, Mg2+, Fe2+).

В’язкість та оптична активність

Висока молекулярна маса і велика довжина молекул ДНК зумовлюють високу

в’язкість навіть дуже розбавлених їх розчинів. В’язкість молекул ДНК у розчині

залежить від їх конформації і суттєво змінюється за умов денатурації та рена-

турації (див.нижче), що дозволяє використовувати віскозиметричні методи для

дослідження кінетики цих процесів.

Поглинання в УФ-ділянці

Азотисті сполуки (та відповідні нуклеотиди), що входять до складу нуклеїнових кислот

ДНК і РНК, мають властивість поглинати ультрафіолетове світло при 260 нм.

За умов утворення полінуклеотидів взаємний вплив паралельно розташованих по

довжині молекули ДНК пар азотистих основ супроводжується певним зниженням

УФ-поглинання. Таким чином, поглинання при 260 нм нативної молекули ДНК дещо

нижче (в середньому на 40 %) від відповідного поглинання суми азотистих основ, що

входять доскладу полінуклеотиду — гіпохромний ефект. При порушенні

високовпорядкованої двоспіральної конформації ДНК та структурних взаємовідносин

між азотистими основами спостерігається гіперхромний ефект, тобто зростання

поглинання розчинів молекул ДНК при 260 нм, що дозволяє досліджувати процес

денатурації.

Денатурація ДНК — це порушення нативної двоспіральної конформації молекул

ДНК та їх упорядкованого просторовогорозташування з утворенням невпорядкованих одноланцюгових клубків. За умовденатурації ковалентні зв’язки в ДНК зберігаються, проте відбувається розкручуванняподвійної спіралі з втратою специфічних взаємодій між азотистими основами. Ренатурація — відновлення нативноївторинної конформації ДНК, що спостерігається за певних умов. Денатурація ДНК супроводжується гіперхромним ефектом та зменшенням в’язкості її розчинів

20. Хімічна природа ферментів. Загальна характеристика ферментів як біологічних каталізаторів. Ферменти — специфічні білки, в основі каталітичної дії

яких лежать загальні фізико-хімічні та термодинамічні за-

кономірності хімічної кінетики. Білкову природу ферментів

беззаперечно довів Дж.Самнер (1926), який отримав перші

кристалічні препарати ферменту уреази.

Властивості ферментів

– ферменти значно підвищують швидкість перебігу біохі-

мічних реакцій, але не входять до складу кінцевих продуктів

реакції;

– ферменти забезпечують перебіг лише тих біохімічних

реакцій, які можливі, виходячи із законів термодинаміки;

– ферменти прискорюють швидкість як прямої, так і зво-

ротної реакції перетворення субстрату, не змінюючи конс-

танти рівноваги (Кр) реакції та зменшуючи термін часу до

досягнення стану рівноваги (або стаціонарного стану у від-

критій метаболічній системі);

– протягом реакції фермент певним чином взаємодіє із

субстратом, що перетворюється, але до складу кінцевих

продуктів реакції не входить. Під час перебігу біохімічної

реакції, що каталізується, відбувається циклічний процес, вперетворенню з утворенням продукту реакції та регене-

рацією ферменту;

– ферменти є високоспецифічними каталізаторами,

тобто діють, як правило, на структурно близькі субстра-

ти, що мають певний хімічний зв’язок, структурно подібні

радикали або функціональні групи. Проявом високої

специфічності ферментів є їх стереоспецифічність,

тобто здатність перетворювати тільки певні стереоізо-

мери, наприклад L- або D-амінокислоти, D- або L-мо-

носахариди;

– відповідно до білкової природи, каталітична активність ферментів дуже

чутлива до змін фізико-хімічних властивостей середовища (рН, температури),

які можуть впливати на структурну організацію молекул ферментів, спричиняючи

в певних умовах їх денатурацію;

– активність ферментів може суттєво змінюватися під впливом певних хімічних

сполук, що збільшують (активатори) або зменшують (інгібітори) швидкість

реакції, яка каталізується.

21. Міжнародна класифікація та номенклатура ферментів. Класи ферментів. Номенклатура:

1.Систематична :хімічна назва субстрата; тип реакції, що каталізується; суфікс –аза.

1. Тривіальна : утворюється на основі хімічної назви субстрату з додаванням суфікса –аза.

Класифікація:

Ферменти поділяють на класи згідно з типом реакції, яку вони кталізують, класи поділяють на підкласи, підкласи на підпідкласи:DDD-ї D, в складі яких кожному ферменту відповідає певний номер.

1. Оксиредуктази- каналізують ОВР. До них належать дегідрогенази(р-ції дегідрування), оксидази( окислюють субстрати приєднанням кисню) , цитохроми ( переносники електронів)

2. Трансферази- каналізують реакції міжмолекулярного переносу хімічних груп (аміно-, метил- , ацил- , фосфо-, глікозил-трансферази)

3. Гідролази – каналізують р-ї гідролізу, розщеплення субстратів за участю водиґ(естерази, пептидази, протеази, глікозидази)

4. Ліази – р-ї розщеплення ковалентних зв’язків між атомами C, O, N, S, негідролітичним звязком.(декарбоксилази, альдолази, дегідратази)

5. Ізомерази – р-ї ізомеризації субстратів(рацемази, епімерази)

6. Лігази( синтетази) – р-ї синтезу біомолекул, утв. Нових хім. Зв’язків за рахунок енергії АТФ.

22. Хімічна структура ферментів: будова ферментних білків, олігомерні білки-ферменти. Функціональні ферментні системи. За хімічноютими структурою ферменти є простими білками або складними. Апофермент- білкова частина білка ферменту, кофермент – небілкова частина. Холофермент – повна назва скл. Ферменту.

Олігомерні білки ферменти.

Олігомерні ферменти складаються з декількох протомерів, сполучених не ковалентними зв’язками.Найбільш розповсюджені містять 2, 4 і 6 протомерів.

У клітині деякі ферменти утворюють мультиензимні комплекси, що каналізують послідовності спряжених біохімічних реакцій. Такі комплекси складаються з декількох десятків фізично асоційованих білків-ферментів, кожен каталізує певну реакцію.Розрізняють:

1. Розчинні мультиензимні комплекси.

2.Мультиензимні комплекси, ферменти в яких сполучені не ковалентними зв’язками.

3.Мембраннозвязані мультиензимні комплекси.

23. Кофактори та коферменти: структурна характеристика, властивості, класифікація, зв’язок з вітамінами. Типи реакцій, які каталізують окремі класи коферментів. Поняття «кофермент» було введено Габріелем Бертраном (GabrielBertrand, 1867-1962) у 1897 році, який вивчав дію ферменту лактази і з’ясував, що цей фермент стає більш активним за наявності іонів марганцю.

Кожний складний фермент в активному центрі має специфічну ділянку для зв’язування коферменту – кофермент, що зв’язує домен. Приблизно 50% усіх відомих ферментів містять коферменти. Коферменти є важливою складовою ферментів, яка має високу хімічну активність при каталітичному перетворенні субстрату в продукт. Тому наявність у реакційному середовищі коферменту в необхідній структурній формі також впливає на швидкість ферментативного процесу.

Усі коферменти можуть бути класифіковані залежно від хімічної природи, типу реакції, яку вони каталізують, класу ферментів, до складу яких вони можуть входити.