3.3. Классификация белков
Цель: Изучить классификацию белков, их состав и свойства.
Белки подразделяются на две большие группы: простые белки, или протеины, и сложные белки, или протеиды, состоящие из белковой (апобелок) и небелковой частей (простетическая группа).
Протеины представляют собой простые белки, состоящие только из белковой части. Они широко распространены в животном и растительном мире.
Альбумины и глобулины встречаются практически во всех животных и растительных клетках, биологических жидкостях и выполняющих важные биологические функции. Альбумины хорошо растворяются в воде. Встречаются в молоке, яичном белке и крови. Глобулины в воде не растворяются, но растворимы в разбавленных растворах солей. К глобулинам принадлежат глобулины крови и мышечный белок миозин.
Глутелины растворяются только в разбавленных растворах щелочей. Встречаются в растениях.
Склеропротеины — нерастворимые белки. К склеропротеинам относятся кератины, белок кожи и соединительных тканей коллаген, белок натурального шелка фиброин.
Протамины и гистоны. Протамины обладают выраженными основными свойствами, обусловленными наличием в их состав от 60 до 85% аргинина. Например, сальмин, выделенный из молок семги, состоит на 85% из аргинина. Протамины хорошо растворимы в воде, изоэлектрическая точка находится в щелочной среде. Эти белки, вероятно, являются пептидами, так как их молекулярная масса не превышает 5000. Они составляют белковый компонент в структуре ряда сложных белков.
Гистоны также являются белкам и основного характера. В их состав входит лизин и аргинин, до 20-30%. Эти белки локализованы в ядрах клеток в составе дезоксиребонуклеопротеинов и играют важную роль в экспрессии генов.
Проламины и глютелины. Это белки растительного происхождения. Они содержаться в основном в семенах злаков (пшеница, рожь, ячмень), составляя основную массу клейковины. Наиболее изучены оризенин (из риса ), глютенин и глиадин (из пшеницы), зеин (из кукурузы) и др. Установлено что эти белки содержат 20-25% глутаминовой кислоты и 10-15% пролина.
Альбумины и глобулины. Эти белки широко распространены в органах и тканях животных. Наиболее богаты ими белки сыворотки крови. молока, яичный белок, мышцы и др. Альбумины и глобулины – это глобулярные белки, различающиеся по растворимости. Различают растворимость этих белков сыворотки крови широко используют в клинической практике для их фракционирования и количественного определения.
Альбумин организован из 575 аминокислотных остатков, и его молекулярная масса составляет 40000-70000. Молекула белка имеет низкую изоэлектрическую точку (рН 4,7) и высокий отрицательный заряд при рН 8,6, благодаря чему он мигрирует с большой скоростью в электрическом поле к аноду. Принято считать, что примерно 75-80% осмотического давления белков сыворотки крови приходится на альбумины. Альбумины участвуют в транспорте жирных кислот. Однако точная функция альбуминов до конца не выяснена. Известны случаи, когда в крови фактически отсутствуют альбумины (врожденная аномалия), но люди были практически здоровы.
Глобулины представлены α-, β- и γ-фракциями. α-фракции содержаться в крови в комплексе с билирубином и липопротеидами высокой плотности. β-глобулины включают ряд важных функциональном отношении белков, в частности трансферрин – белок ответственный за транспорт и запасание железа. С этой фракцией связан церулоплазмин – белок, транспортирующий ионы меди. В этой фракции присутствует протромбин, являющийся предшественником тромбина – белка, ответственного за превращение белка фебриногена крови в фибрин при свертывание крови. Фракция γ-глобулинов (иммуноглобулины) является наиболее гетерогенной. Известно множество антител (иммуноглобулины), различающихся первичной структурой и функциональной нагрузкой в реализации иммунного ответа организма.
Протеиды построены из протеинов, соединенных с молекулами другого типа (простетическими группами).
Сложные белки в зависимости от строения простетической группы подразделяются на 6 классов.
1. Липопротеиды. Имеют в своем составе липидный компонент. Участвуют в транспорте липидов. Структурные компоненты клеточных мембран. По соотношению белкового и липидного компонентов липопротеиды делятся на хиломикроны (на белок приходится не более 2% молекулярной массы), липопротеиды очень низкой плотности (около 10% белка), липопротеиды низкой плотности (не менее 20% белка), липопротеиды промежуточной плотности, липопротеиды высокой плотности (около 50% белка).
2. Гликопротеиды. В качестве простетической группы присутствует углеводный компонент, присоединенный к белку гликозидной связью. Основная функция гликопротеидов – рецепторная. Многие гормоны являются гликопротеидами. Некоторые вирусы способны нарушать структуру гликопротеидов. Гликопротеиды входят в состав хрящей, рогов, слюны.
3. Нуклеопротеиды. Простетическая группа – ДНК или РНК. Эти белки принимают участие в образовании хромосом, полисом, рибосом. Нуклеопротеидами являются белки-гистоны, образующие комплексы с нуклеиновой кислотой. Они представляют собой очень важные с биологической точки зрения белки - составные части клеточных ядер. Нуклеопротеиды являются важнейшей составной частью вирусов — возбудителей многих болезней.
4. Хромопротеины. Простетическая группа – окрашенное соединение, хотя по строению оно может быть различным. Гемоглобин, миоглобин и цитохромы содержат ген, включающий атом железа, и участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, связанных с кислородом. Флавопротеиды имеют в своем составе витамин В2 (рибофлавин).
5. Металлопротеиды. Простетическая группа – атом металла. Функция, как правило, состоит в транспорте или депонировании соответствующего металла. Так, сывороточный ферритин участвует в транспорте и накоплении железа, церулоплазмин – меди.
6. Фосфопротеиды. Простетическая группа представлена фосфатом, присоединенным к оксигруппе аминокислот серина и треонина. Фосфаты увеличивают заряд белковой молекулы, а значит, и его растворимость. Фосфопротеидов весьма много в молоке, благодаря чему молочный белок (казеин) легко усваивается.
Существует несколько классификаций белков. В основе их лежат разные принципы: по степени сложности (простые и сложные); по форме молекул (глобулярные и фибриллярные белки); по растворимости в отдельных растворителях (водорастворимые, растворимые в слабых солевых растворах — альбумины, спирторастворимые — проламины, растворимые в щелочах — глютелины), по выполняемым ими функциям, например запасные белки, скелетные и т. д.