2 курс / Лекция 06. Классификация белков

Fe-порфирины, но различные по составу и структуре белки, обеспечивая тем самым разнообразие их биологических функций.

Гемоглобин в качестве белкового компонента содержит глобин, а

небелкового – гем. Видовые различия гемоглобина обусловлены глобином; в

то же время гем одинаков у всех видов гемоглобина. Каждая из 4-х молекул гема обернута одной полипептидной цепью. Гем в виде гем-порфирина является простетической группой не только гемоглобина и его производных,

но и миоглобина, каталазы, цитохромов b, с и с1.

Флавопротеины содержат прочно связанные с белком простетические группы, представленные изоаллоксазиновыми производными – окисленными флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД).

Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз – ферментов,

катализирующих окислительно-восстановительные реакции в клетке.

Некоторые флавопротеины содержат ионы металлове. Функция негемовых флавопротеинов – транспорт электронов благодаря способности переходить из окисленного в восстановленное состояние.

2. Нуклеопротеины состоят из белков и нуклеиновых кислот (НК). В

природе обнаружено 2 типа нуклеопротеинов, отличающихся друг от друга по составу, размерам и физико-химическим свойствам:

дезоксирибонуклеопротеины (ДНП) и рибонуклеопротеины (РНП). Названия нуклеопротеинов отражают только природу углеводного компонента

(пентозы), входящего в состав НК. У РНП углевод представлен рибозой, у

ДНП – дезоксирибозой. ДНП преимущественно находятся в ядре, а РНП – в

цитоплазме. Также ДНП открыты в митохондриях; а в ядрах и ядрышках – РНП. Природа синтезированных в клетках белков зависит в первую очередь от природы ДНП, точнее ДНК; а свойства живых организмов, как и структурная организация субклеточных органелл, клеток и целостного организма, определяется свойствами синтезированных белков. ДНК хранит наследственную информацию. ДНК входит в состав мононуклеосом,

являющихся составной частью хромосомы. Таким образом, в состав хроматина входит 1 молекула ДНК, 5 различных классов белков-гистонов и негистоновые белки. Относительно белкового состава ДНП известно, что все

5 классов гистонов различаются по размерам, аминокислотному составу и величине заряда (всегда положительный). Природа негистоновых белков пока не выяснена. Предполагают, что в их состав входят сложные белки,

ферменты и регуляторные белки (представлены кислыми белками). В

различных нуклеопротеинах количество НК колеблется в пределах от 40 до

65% (в рибосомах прокариот и эукариот). В вирусных нуклеопротеинах количество НК не превышает 2-5% от общей массы.

3. Липопротеины состоят из белка и простетической группы,

представленной каким-либо липидом. В частности, в составе липопротеинов открыты нейтральные жиры, свободные жирные кислоты, фосфолипиды,

холестериды. Липопротеины широко распространены в природе, в растениях,

тканях животных и у микроорганизмов и выполняют разнообразные биологические функции. Липопротеины входят в состав клеточной мембраны и внутриклеточных биомембран ядра, митохондрий, микросом

(это структурированные липопротеины), а также присутствуют в свободном состоянии (в плазме крови). Липопротеины участвуют в структурной,

комплексной организации миелиновых оболочек, нервной ткани,

хлоропластов, фоторецепторной и электронно-транспортной систем, палочек и колбочек сетчатки. В образовании липопротеинов участвуют нековалентные связи различной природы, способствуя образованию в высшей степени упорядоченной двойной белково-липидной структуры биомембран. К липопротеинам относятся тромбопластический белок ткани легких, липовиттелин желтка куриного яйца, некоторые фосфолипиды молока.

4. Фосфопротеины. К белкам этого класса относятся казеиноген молока, в котором содержание Н3РО4 около 1%; вителлин, вителлинин и фосвитин, выделенные из желтка куриного яйца; овальбумин, открытый в белке куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб и др. Большое количество фосфопротеинов содержится в ЦНС. Фосфопротеины являются ценными источниками энергетического и пластического материала в

процессе эмбриогенеза и дальнейшего постнатального роста и развития организма

Фосфопротеины имеют широкий диапазон функций в метаболизме.

Характерной особенностью структуры фосфопротеинов является то, что Н3РО4 оказывается связанной сложноэфирной связью с белковой молекулой через гидроксильные группы β-оксиаминокислот, главным образом серина и в меньшей мере треонина, тирозина..

Уровень фосфопротеинов в клетке зависит в значительной степени от регулирующего действия ферментов, катализирующих фосфорилирование

(протеинкиназы) и дефосфорилирование (протеинфосфатазы). Ряд ключевых ферментов, регулирующих процессы внутриклеточного обмена веществ, также существует как в фосфорилированной, так и в

дефосфорилированной формах. Эти модификации также осуществляют специальные ферменты и регулируются внеклеточными сигналами. Что же касается фосфорилирования - дефосфорилирования белков, то этот механизм в основном расшифрован, установлено, что с его помощью многие сигналы

(не только гормональные, но и другие внешние воздействия) влияют на

метаболизм сахаров и липидов, форму и фенотип клетки, клеточную дифференцировку, синтез и секрецию многих веществ и т.д.

Также установлено, что фосфорилирование некоторых белков по ОН-

группам тирозина вызывает пролиферацию клеток или их злокачественное перерождение. Оказалось, что большинство известных онкогенов представляют собой тирозиновые протеинкиназы: рецепторы всех факторов роста либо сами обладают тирозинкиназной активностью, либо

активируют тирозиновые протеинкиназы. Существуют также тирозиновые протеинфосфатазы, подавляющие злокачественный рост клеток.

5. Гликопротеины. Простетические группы гликопротеинов представлены углеводами и их производными, весьма прочно связанными с белковой частью молекулы. Характерна термостабильность в отличие от протеинов. Они выдерживают высокие и низкие температуры без изменения физико-химических свойств. Для определения химической природы углеводного компонента нативные гликопротеины подвергаются гидролизу.

После этого в гидролизате обнаруживают наряду со свободными аминокислотами гексозамины (глюкозамин, галактозамин), глюкозу,

маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глюкуроновую, уксусную и серную кислоты и др. В состав простетических групп некоторых гликопротеинов входят гликозаминогликаны (прежнее название комплекса -

мукополисахариды), иногда встречающиеся в тканях и в свободном состоянии. К гликозаминогликанам относятся гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты. Связь между углеводным компонентом и белковой частью в разных частях осуществляется через одну из 3-х

аминокислот: асн, сер или тре. Гиалуроновая кислота входит в состав внеклеточного основного вещества соединительной ткани, содержится в клеточных оболочках, а также в синовиальной жидкости и стекловидном теле. К биологически активным гликопротеинам относятся интерфероны,

синтезируемые в животных клетках в ответ на возбуждение экзогенным стимулятором; они наделены антивирусными и противоопухолевыми свойствами и оказывают клеточно- и иммунорегуляторное действие.

Различаются интерфероны содержанием углеводных компонентов, разной последовательностью аминокислот, молекулярной массой и фармакологическим действием. Отличительными особенностями состава интерферонов являются высокое содержание гидрофобных аминокислот и наличие всего 1 остатка про. Из других гликопротеинов, выполняющих ряд

важнейших биологических функций, следует отметить все белки плазмы крови (за исключением альбуминов), трансферрин, церулоплазмин,

гонадотропный и фолликулостимулирующие гормоны, некоторые ферменты,

а также белки в составе слюны (муцин), хрящевой и костной тканей и яичного белка (овомукоид). Биологические функции: избирательное взаимодействие, высокоспецифическое узнавание; транспортная функция

(трансферрин переносит Fe); каталитическая функция (углеводный компонент входит в состав ферментов – пероксидазы, глюкозооксидазы,

энтерокиназы); структурно-механическая функция (входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани; содержится в коже, костях,

хрящах, в роговице глаза).

6. Металлопротеины. К ним относятся биополимеры, содержащие,

помимо белка, ионы какого-либо одного или нескольких металлов (Cu, Fe, Zn, Mo, Mn, Ni, Se, Ca и др.). К таким белкам принадлежат белки,

содержащие негемовое железо, а также белки, координационно связанные с атомами металлов в составе сложных белков-ферментов. Типичными представителями первых являются железосодержащие белки: ферритин,

трансферрин и гемосидерин. Ферритин – высокомолекулярный водорастворимый белок, в котором содержание Fe составляет от 17 до 23%.

Он сосредоточен в селезенке, печени, костном мозге, выполняя роль депо Fe

в организме. Fe в ферритине находится в окисленной форме, трансферрин – растворимый в воде железопротеин, гликопротеин, обнаруживаемый в сыворотке крови в составе β-глобулинов. Содержание Fe в нем 0,13%. Атом

Fe соединяется с белком координационными связями с участием гидроксильных групп тир. Молекула трансферрина содержит 2 атома Fe. Он служит физиологическим переносчиком Fe в организме. Гемосидерин – водонерастворимый железосодержащий белковый комплекс, состоящий,

кроме того, на 25% из нуклеотидов и углеводов. Он содержится в ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенке. Ко второй группе

металлопротеинов относится ряд ферментов, для которых металл служит или мостиком между белковым компонентом и субстратом, или металл в них непосредственно выполняет каталитическую функцию. Медьсодержащие металлопротеины – цитохромоксидаза, пластоцианин (переносчик электронов). Лактоферрин – белок молока, содержит Fe.