Вопрос 3 Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение и свойства. Пептиды. Биологическая роль аминокислот и пептидов.

Аминокислоты (АК) являются мономерами полимерных молекул белков.

В составе белков организма человека встречается только 20 аминокислот (протеиногенные АК).

Общая структурная особенность аминокислот – наличие амино- и

карбоксильной групп, соединённых с одним и тем же α-углеродным атомом.

R – радикал аминокислот – у глицина представлен атомом водорода, но может иметь и более сложное строение.

Пролин отличается от других аминокислот тем, что явл. иминокислотой, т.к.

радикал связан как с α-углеродным атомом, так и с аминогруппой, в результате чего молекула приобретает циклическую структуру.

При нейтральном значении pH α-аминокислоты существуют в виде биполярных

ионов (цвиттер-ионов)

Стереоизомерия аминокислот:

19 из 20 аминокислот благодаря 4-м разным заместителям у α-углеродным атома в

природе существуют в виде D- и L-форм. Но в составе белков они находятся только в виде L-форм.

Процесс рацемизации – D- и L- изомеры могут самопроизвольно

неферментативно превращаться в рацемат (эквимолярную смесь D- и L-изомеров)

Это может быть использовано для определения возраста людей: в твёрдой эмали

зубов имеется белок дентин, в котором L-аспартат переходит в D-изомер при температуре тела человека со скоростью 0,01% в год. В период формирования зубов в дентине содержится только L-изомер, поэтому по содержанию D-аспартата можно рассчитать возраст обследуемого.

Классификация аминокислот по химическому строению:

Изменение суммарного заряда АК в зависимости от рН среды:

• При нейтральных значениях рН все кислотные (способные отдавать Н⁺) и все

основные (способные присоединять Н⁺) функциональные группы находятся в диссоциированном состоянии.

• АК, содержащие недиссоциирующий радикал, имеют суммарный нулевой заряд.

• АК, содержащие кислотные функциональные группы, имеют суммарный отрицательный заряд

• АК, содержащие основные функциональные группы, - положительный заряд

• Изменение рН в кислую сторону (т.е. повышение в среде конц. Н⁺) приводит к

подавлению диссоциации кислотных групп. В сильно кислой среде все аминокислоты приобретают положительный заряд.

• Изменение рН в щелочную сторону (повышение конц. ОН^- групп) вызывает

отщепление Н⁺ от основных функциональных групп, что приводит к уменьшению положительного заряда. В сильнощелочной среде все аминокислоты имеют суммарный отрицательный заряд.

Модифицированные АК, присутствующие в белках: в синтезе белков организма

человека принимают участие только 20 перечисленных АК, но в составе некот. белков могут встречаться модифицированные АК. Модификации аминокислотных остатков осуществляются уже в составе белков, т.е. только после окончания их синтеза. Введение дополнительных функциональных групп в структуру аминокислот придаёт белкам свойства, необходимые для выполнения ими специфических функций

Например: в молекуле коллагена присутствуют гидроксипроизводные лизина и

пролина (5-гидроксилизин и 4-гидроксипролин)

Пептиды – соединения, состоящие из α-аминокислот, ковалентно связанных друг с

другом пептидной связью, образованной между α-карбоксильной гр. одной АК и α-аминогруппой другой

Классификация пептидов:

• Олигопептиды – пептиды, содержащие до 10 аминокислот (в названии указывают

кол-во АК, входящих в состав олигопептида – трипептид, пентапептид и т.д.)

• Полипептиды – пептиды, содержащие более 10 аминокислот

• Белки – пептиды, состоящие более чем из 50 АК

Аминокислотные остатки – мономеры АК, входящие в состав белков

• N-конец – аминокислотный остаток, имеющий свободную NH2-гр, пишется слева.

• C-конец – аминокислотный остаток, имеющий свободную α-карбоксильную группу, пишется справа

Пептиды пишутся и читаются с N-конца

Биологическая роль аминокислот:

• Аминокислоты явл. мономерами пептидов и соответственно белков

• Являются источником образования нейромедиаторов в ЦНС (гистамин, серотонин дофамин, норадреналин)

• Являются нейромедиаторами (глицин, ГАМК)

• Участвуют в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований

• Участвуют в синтезе глюкозы

Биологическая роль пептидов: (их можно разделить по группам по их осн.действия)

• Пептиды, обладающие гормональной активностью (окситоцин, вазопрессин, рилизинг-гормоны гипоталамуса, меланоцитстимулирующий гормон,

глюкагон и др.);

• Пептиды, регулирующие процессы пищеварения (гастрин, холецистокинин, вазоинтестиналшый пептид, желудочный ингибирующий пептид и др.);

• Пептиды, регулирующие тонус сосудов и АД (брадикинин, калидин,

ангиотензин II);

• Пептиды, обладающие обезболивающим действием (энкефалины и эндорфины и другие опиоидные пептиды)

• Антибиотики (грамицидин)

• Антиоксиданты (глутатион)

Функции пептидов зависят от их первичной структуры. Изменение в

аминокислотном составе пептидов часто приводит к потере одних и возникновению других биологических свойств.

Например: ангиотензин I по структуре очень похож на ангиотензин II (имеет

только две дополнительные аминокислоты с С-конца), но при этом не обладает биологической активностью.

Вопрос 4

Первичная структура белков. Пептидная связь, ее характеристика. Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Нарушение первичной структуры и функции гемоглобина А (на примере гемоглобина S).

Первичная структура белка – линейная полипептидная последовательность из

АК, соединенных между собой пептидными связями. Первичная стр-ра белка закодирована в ДНК (отдельном гене)

Пептидная связь – это связь между α-карбоксильной группой одной

аминокислоты и α-аминогруппой другой аминокислоты.

Образование пептидной связи (в рез-те отщепляется молекула воды):

Пептидный остов – цепь повторяющихся атомов в полипептидной цепи -NH-CH-CO-

Характеристика пептидной связи:

• Пептидная связь имеет характеристику частично двойной связи, поэтому она

короче остальных связей пептидного остова и как следствие мало подвижна, она является жесткой структурой. Плоскости пептидных групп расположены под углом друг к другу (см.рис 1-1)

• Транс-положение заместителей – радикалы аминокислот по отношению к оси

пептидной C-N-связи находятся по "разные" стороны, в транс-положении (см. рис 1-2)

• Копланарность – все атомы, входящие в пептидную группу, находятся в одной

плоскости, при этом атомы "Н" и "О" расположены по разные стороны от пептидной связи.

• Способность к образованию водородных связей – атомы кислорода и водорода,

входящие в пептидную группу, обладают способностью образовывать водородные связи с атомами кислорода и водорода других пептидных групп.

Пептидные связи очень прочны и самопроизвольно не разрываются при

нормальных условиях, существующих в клетках (нейтральная среда, температура тела).

Биологические свойства белка (способность белка выполнять присущую ему

функцию) определяются его первичной структурой. Даже небольшие изменения в последовательности аминокислот в белке могут привести к серьезному нарушению в его функционировании, возникновению тяжелого заболевания.

Молекулярные болезни – б., связанные с нарушениями первичной стр-ры белка

Например: серповидно-клеточная анемия

Гемоглобин А – тетрамер, состоящий из двух α- и двух β-цепей (2α2β)

В молекуле гемоглобина S (аномальный гемоглобин) мутантны две β-цепи, которых глутамат (высокополярная отрицательно заряженная АК) в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал

• В дезоксигемоглобине S имеется участок, комплементарный другому

участку таких же молекул, содержащему замененную АК. В результате молекулы дезоксигемоглобина начинают «слипаться», образуя удлиненные агрегаты, деформирующие эритроцит и приводящие к обр-ю эритроцитов в виде серпа

• В оксигемоглобине S комплементарный участок недоступен для взаимодействия

из-за изменения конформации белка, поэтому молекулы оксигемоглобина S не слипаются.

• Т.о. образованию агрегатов дезоксигемоглобина S способствуют условия,

повышающие конц. дезоксигемоглобина в клетках (физическая работа, гипоксия и др.)

Серповидные эритроциты плохо проходят через капилляры, часто закупоривают

сосуды и тем самым создают локальную гипоксию => повышается конц. дезоксигемоглобина S в эритроцитах, что увеличивает скорость образования агрегатов и вызывает еще большую деформацию эритроцитов (это может вызывать боль и некроз клеток в данной области)

Серповидно-клеточная анемия – гомозиготное рецессивное заболевание;

проявляется только в том случае, когда от обоих родителей наследуются 2 мутантных гена β-цепей глобина. Болезнь с рождения не проявляется до тех пор, пока значительное количество гемоглобина F (фетальный г., который после рождения обычно заменяется на HbA) не заместится на HbS. Возникают симптомы, характерные для анемии: головокружение и головные боли, учащенные сердцебиение, боли в конечностях и др.

Гетерозиготные индивидуумы, имеющие один нормальный ген HbA, а другой HbS

имеют лишь следовые кол-ва серповидных эритроцитов и нормальную продолжительность жизни.

Особенность: в Африке высока частота гена HbS, это связно с тем, что

гетерозиготные носители гена HbS менее чувствительны к малярии, чем люди с нормальным гемоглобином, т.к. их эритроциты имеют короткий срок жизни, поэтому возбудитель малярии не успевает закончить необходимую стадию развития (что и дает преимущество людям, гетерозиготным по HbS)