14)Основные биологические функции белков.

1)Участие в фолдинге.

2)Ферментативная (каталитическая). Ферменты – биологические катализаторы. Все ферменты белки.

Энзимы – синоним фермента РНК – зимы нек. РНК с каталитич. активностью.

Фермент и катализатор снижает Энергию активации химических реакций. В присутствии катализатора большая доля молекул вступает в реакцию в ед. времени.

Отличие ферментов от катализаторов: каталаза ускоряет в 93 на 10 в 9 раз (самый быстрый фермент), а Pt в 220 на 10 в 3 раз.

ДНК – полимераза I E.coli – 667 нуклеотидов в минуту.

ДНК – полимера III E.coli. - 10 на 10 в 3 нуклеотидов.

Все ферменты - глобулярные белки.

В каждом ферменте обязательно есть активный центр – 8 – 12 аминокислотных остатков

( средний белок 500 остатков).

Субстрат и фермент подходят друг к другу, как ключ к замку.

У полимеразы 2 центра: в первый – конец растущей цепи, в другой активированный нуклеотид (3 остатка H₃PO₄). Фермент отделяет пирофосфат и присоединяет нуклеотид к цепи.

Подавляющее число ферментов субъединично – четвертичная структура.

При присоединении лиганда рег. субъединица меняет конформацию и кат. субъединица тоже меняется – способна выполнять свою функцию. Иногда рег. субъединица отсоединяется.

Ингибирование.

а)Конкурентное.

Некое вещество конкурирует с субстратом за активный центр фермента. Ингибитор не субстрат.

б)Неконкурентное.

Ингибитор присоединяется не к активному центру, но конформация меняется - нет взаимодействия с субстратом.

Необратимое ингибирование – ингибитор попадает в АЦ и связывается химически с группами, блокируя их.

Активирование.

Присоединение остатка H₃PO₄ – фосфорилирование. Многие ферменты активируются только после фосфорилирования по определённому остатку.

Все ферменты строго специфичны. Все процессы в клетке, связаны с ферментами (даже диффузия через мембрану) Ферменты с мембранными белками – пары диффузии.

Ферментов в человеке – 100000, генов 23 000 (не все кодируют ферменты). Причина – альтернативный сплайсинг.

3) Фибриллярные белки – белки покровных тканей (их основа). Белки входят в состав всех клеточных органелл.

Органеллы.

Мембранные: Ядро, митохондрии, пластиды, лизосомы, ЭР, АГ, пероксисомы, вакуоли, плазмалемма.

Немембранные: рибосомы (РНК + белки), центриоли, жгутики, реснички, микрофиламенты, хромосомы (ДНК + белки).

Мембрана (биологическая) – липидный бислой, инкрустированный белками. Мембранные белки – периферические, погружённые и пронзающие.

Принципиальное строение мембран.

НА мембране скорость получения конечного продукта в 1000 раз больше, чем в растворе “при тех же концентрациях ферментов”. Концентрация продукта на мембране намного больше. Фермент и субстрат – перчатка и рука. При взаимодействии с субстратом меняется конформация фермента и, в первую очередь, его активного центра.

Ферментативные конвейеры работают в жидкой мембране, в “твёрдой” они “заморожены”.

Т.е. они не могут менять свою конформацию при взаимодействии с субстратом и теряют активность.

Жидкая мембрана имеет сбалансированное количество насыщенных и ненасыщенных кислот. В твёрдой мембране количество насыщенных кислот существенно выше. Сверхжидкая - ненасыщенных существенно больше, размываются “берега каналов” – периферические белки.

Амфибии и пр. не способны менять соотношение жирных кислот в зависимости от температуры. Поэтому впадают в анабиоз. Способны на это растения и бактерии.

При 42 градусах – сверхжидкие мембраны – смерть. Холестерин способствует затвердеванию мембраны, вклиниваясь между хвостами фосфолипидов.

Периферические белки – структурная функция.

4) Каталитическая функция.

Масса ферментов работают только в форме голоферментов (полных). Имеется небелковая часть (простетическая), не подверженная денатурации – ионы металлов (наиб. часть – Fe, Mg, Zn) – кофакторы. Органические кофакторы – коферменты. В отличие от фермента, кофермент выходит из реакции, изменив свой первоначальный вид. Свой первоначальный вид он возвращается через ряд сопряжённых реакций. НАД – самый распространённый кофермент.

Аминокислоты (незаменимые) тоже подходят, но нужны в макро количествах.

Начало 20 – го века. Ява, колония Голландии. В тюрьме касты питались по-разному. Контакты были. Заболел барак с высшей кастой – ели очищенный рис. Экстрагировали из шелухи риса действующее начало. Бери – бери – трещины в углах рта, сухость, диарея, судороги, смерть. Недостаток амина ( витамины) – тиамин (B1). Углеводов много – избыток ПВК, но мало фермента, а гликолиз не даёт столько энергии (цикл Кребса не работает в полную силу).

30 – е годы, Великая депрессия, Южные штаты – эпидемия пеллагры – недостаток витамина Р. Мало было мяса и много кукурузы. Витамин Р из мяса.

Пантотеновая кислота (Витами В5) и липоевая витамин (N кислоты) – бактерии кишечника, редко возникает недостаток.

Исключение – витамин Р синтезируется из холестерола (эндогенный) под действием ультрафиолета. Витамин А из β – каротина ( экзогенный).

Советская полярная экспедиция в 30 – е годы. Печень белого медведя умерли из –за гипервитаминоза А.

Фермент без простетической группы – апофермент.

Пепсин, трипсин, химотрипсин.

Пепсин – протеолитический (расщепляет белки) фермент, оптимум Ph = 1,5. Секретируется клетками слизистой желудка в идее пепсиногена ( под действием HCl частично гидролизуется – пепсин). 327 ам. остатков, 3 S – S мостика. Разрывает пептидную связь в любом белке ( такую, где NH2 группа принадлежит ароматической аминокислоте)

Тирозин, фенилаланин, триптофан.

Трипсин – оптимум Ph - 7,7. Поджелудочная железа в форме трипсиногена, попадает в 12 – перстную кишку (она вырабатывает энтеропептидазу) и гидролизуется - 1 пептидная связь между 6 лизином и 7 изолейцином. 233 аминокислотных остатка, 6 S – S мостика, разрывает любой белок (пептидную связь), где C=O группа от лизина или аргинина.

Химотрипсин – поджелудочная железа, в форме химотрипсиногена в 12 – перстную кишку, там трипсин гидролизуется вырезанием 2 – х пептидов (14 -15, 147 -148), Оставшиеся 3 куска соединяются 2 – мя S –S мостиками. Оптимум Ph как у трипсина. Разрывает пептидные связи, где C=O группа принадлежит аромат. аминокислоте.

Острый панкреатит – растворение поджелудочной железы из-за досрочного активирования трипсина и химотрипсина – обычно летально.

4) Регуляторная.

На клеточном уровне – (транс факторы) репрессоры и активаторы в первую очередь транскрипции.

У прокариот репрессор напрямую садится на оперон.

Активаторы соединяются с промотором и ускоряют посадку полимеразы.

На тканевом уровне – факторы роста, образуются в одних клетках и действуют на клетки этой же ткани.

На уровне организма – белковые гормоны (большинство гормонов – небелковые)

АКТГ - адренокортикотропный гормон (гомон гормонов) – регулирует работу надпочечников. (Передняя доля гипофиза) Кора надпочечников – кортикостероиды – гормоны адаптаций.

Тиреотропин (передняя доля гипофиза) – регулирует щитовидную железу. Предшественник АКТГ – проопиомеланотропин. Там же эндорфины – короткие пептиды, взаимодействие с опиатными рецепторами. Они - гормоны счастья – анальгетики.

Гипоталамус – окситоцин (9 остатков) – сокращения матки. Там же – вазопрессин ( 9 остатков) – сокращение капилляров – давление, также АФГ способствует распаду гликогена в печени.

Глюкагон ( 29 остатков) - α – клетки остров Лангеранса поджелудочной – распад гликогена в печени. В β – клетках инсулин (30 и 21 остатков, соединены 22 S –S мостиками) – прямо противоположно глюкагону – снижает концентрацию глюкозы. ОН абсолютно необходим для перехода глюкозы через плазмалемму.

К началу 20 века – диабет стал частой причиной смерти. Некий врач удалил поджелудочную железу собаке и у неё развился диабет. Проверка удалили поджелудочную кролику – не было диабета – отбросили открытие на 15 лет. 1916 год 2 канадца повторили эксперимент с собакой, а при лечении её экстрактом крови открыли инсулин ( получили нобелевскую. У кролика β – клетки в стенках брюшины.

Кальцитонин – 32 остатка – щитовидная железа – выведение Ca из крови и включение его в кости.

Соматотропин – (передняя доля гипофиза) – гормон роста – стимулирует рост тела за счёт усиленного распада жиров и синтеза белков.

Инсулин и Соматотропин с 80 – х получают генно-инженерным путём. Человеческие гены в бактериях. Да этого – из быков – но у 5% - анафилактический шок, их лечили инсулином из трупов. ( то же, что и с быками – 3%)

Чужеродный Соматотропин человеку не помогает. Лечит можно только в раннем постнатальном (развитие животного после рождения) периоде.

Взрослые мужчины, леченные соматотропином – полная импотенция.

5) Питательная.

Значима.

Запасные белки, необходимы для развития зародыша и вскармливания младенцев – овальбумин и казеин.

Глиадин – растительный белок. Запасается в семенах.

Поставка незаменимых аминокислот для человека: валин, лейцин, изолейцин, триптофан, лизин, гистидин, метионин. Все остальные – из цикла Кребса. Незаменимые аминокислоты не вовлекаются в цикл Кребса и не могут быть образованы из продуктов разложения углеводов и жиров.

Набор незаменимых аминокислот видоспецифичен (у растений все аминокислоты могут быть синтезированы). У грибов тоже есть понятие незаменимых аминокислот – гетеротрофы.

6)Энергетическая.

Несущественна.

Белки поставляют заменимые аминокислоты, окисляющиеся с выделением энергии.

Гликолиз – бескислородное расщепление. Углеводы могут превращаться в жиры, т.к. реакции обратимы. Дезаминирование – вовлечение аминокислоты в цикл Кребса. Набор витаминов видоспецифичен. Свинья синтезирует витамин С – поэтому мясо свиней кислое.

7)Рецепторная.

Стероидные гормоны легко проникают через плазмалемму и связываются с рецептором в цитоплазме ( белки, которые меняют конформацию и способны пройти через кариолемму, в ядре они работают, как транс-факторы).

Белковые гормоны не могу пройти через плазмалемму. Они взаимодействуют с мембранными рецепторами (обычно гликопротеины).

На N конце – несколько олигосахаридов. Конформация рецептора изменяется. (потрепать собаку по загривку – повиляет хвостом) Погруженная в цитоплазму часть либо сама с кат. активностью, либо меняет конформацию белка – трансмиттер. Он отделится и мигрирует по внутренней стороне плазмалеммы, либо разделится на субъединицы.

Рецептор вазопрессина – трансмиттер (G- белок) делится на субъединицы. G- белок состоит из α (соединена с ГДФ), β и γ единиц. При присоединении вазопрессина α меняет ГДФ на ГТФ и мигрирует до встречи с мембр. погр. ферментом аденилатциклазой. Этот фермент превращает АТФ в сАМФ (циклическая АМФ). При этом ГТФ превращается в сГДФ, а сГДФ возвращается в белок трансмиттер. Если гормон сидит, цикл повторяется.

сАМФ – внутриклеточный медиатор.

сАМФ присоединяется протеинкиназе (фосфорилирует)

Протеинкиназа состоит из 4 субъединиц – 2 – х регуляторных и 2 – х каталитических.; сАМФ взаимодействует с 2 – мя регуляторными. ( не диссоциирует), каталитические фосфорилируют белок. Каскад реакций.

8) Трансформация энергии.

Превращение одного вида энергии в другой. Белок сетчатки – родопсин. В комплексе с ретинолом (производство витамина А) – родопсин, трансформирует световую энергию в электрическую. Энергия химических связей в электрическую у скатов.

Актомиозиновые комплексы (актин и миозин) – хим. энергию в механическую. Энергия химических связей в световую – у бактерий. Кинезин и динеин – транспорт пузырьков внутри клетки, двигаются по микротрубочкам (из тубулина, полярна – голова и хвост).

Один движется от (+) к (-) (динеин), другой наоборот (кинезин). Пузырьки с синтезированными белками идут к КГ.

9)Транспортная.

Трансферрин – транспорт Fe по крови.

Сывороточный альбумин – жирные кислоты. Очень большой глобулярный растворимый – шар с впадинами (неполярные). Жирные кислоты взаимодействуют с впадинами.

Гемоглобин – О2 и СО2.

Пермеазы – мембранный белки, транспорт через плазмалемму заряженных соединений. Это не ферменты, но очень избирательны.

10) Защитная (уникальна)

Иммуноглобулины – глобулярные белки, образуемые в В и Т лимфоцитах в ответ на чужеродные макромолекулярные образования. (бактерии, вирусы, белки и т.д)

Минимум 4 S – S мостика.

2 H - цепи – тяжёлые.

2 L – цепи – лёгкие.

Симметричны, L и H цепи образуют центр опознания эпитопа.

Эпитоп – повторяющийся участок антигена, опознаваемый антителами.

Преципитат – сеточка “склеенных” с помощью антител антигенов. Нерастворима, поглощается фагоцитами.

1928 г – рибозимы, каталитическая функция белков перестала быть уникальной.

Интерфероны – белки, вырабатываемые некоторыми “поражёнными” вирусом клетками. Они взаимодействуют с непоражёнными клетками и через мембрану рецепторы запускают каскад реакций, внутри клеток, на выходе которых – фермент, расщепляющий вирусную РНК.

Введением молока в кровь можно убить – тромбы.

11)Буферная.

Белки являясь амфотерными полиэлектролитами, способствуют поддержанию определённых значений Ph в отдельных отсеках клетки. Участвуя тем самым в компартментализации. Несмотря на сообщаемость отсеков, Ph в них разный.