3 Вопрос

Лабильность пространственной структуры белков и их денатурация. Факторы, вызывающие денатурацию.Механизм денатурации.Применение денатурирующих агентов в биологических исследованиях и медицине. Роль шаперонов в предотвращении денатурации белков. Ренативация белков.

Гидрофобные взаимодействия, а так же ионные и водородные связи относятся к чису слабых. Поддержание конформации возможно благодаря возникновению множ слабых связей между участками полипептид цепи. Белки сост из огромного числа атомов, наход в постоянном движении, что приводит к небольшим перемещениям отдельных участков полипептид цепи, кот обычно не наруш общую структуру белка и его ф-ции. Т.е. белки облад конформационной лабильностью – склонностью к небольшим изменениям конформации за счёт разрыва одних и образ других слаб связей. Конформ белка может меняться при изменении хим и физич св-в среды, а так же при взаимодействии белка с др молекулами. Разрыв большого колич слаб связей в молекуле белка приводит к разрушению её нативной информации. Так как разрыв связей ностит случ хар-р, то молекулы одного индивид. белка преобретают в р-ре форму случайно сформир беспорядочных клубков, отличающихся друг от друга трёхмерной стр-рой. Потеря нативной инф сопровождается утратой специфич ф-и белков. Этот процесс носит наз денатурация. При денатурации белков не происходит разрыва пептид связей, т.е. первич стр-ра не нарушается.

При разрыве большого числа связей, стабилизирующих пространственную структуру белковой молекулы, упорядоченная, уникальная для каждого белка конформация пептидной цепи нарушается, и молекула целиком/в значительной части принимает форму случайного беспорядочного клубка. Такое изменение белка называют денатурацией. Денатурацию можно вызвать нагреванием до 60-80С или действием других агентов, разрушающих нековалентные связи в белках. Денатурация происходит на поверхности раздела фаз, в кислых или щелочных средах при действии ряда органических соединений – спиртов, фенолов, часто для денатурации применяют мочевину/гуанидинхлорид. Эти вещества образуют слабые связи с аминогруппами/карбонильными группами пептидного остова и с некоторыми группами радикалов аминокислот, подменяя собственные внутримолекулярные водородные связи в белке, вследствие чего вторичная и третичная структуры изменяются. Устойчивость к денатурирующим агентам большой мере зависит от наличия дисульфидных связей в молекуле белка. В ингибиторе трипсина есть три дисульфидные связи. Если их восстановить, то происходит денатурация без других денатурирующих воздействий. Если затем белок поместить в окислительные условия, в которых происходит окисление SH-групп цистеина и образование дисульфидных связей, то исходная конформация восстанавливается. Даже единственна дисульфидная связь существенно повышает стабильность пространственной структуры. Денатурация обычно сопровождается снижением растворимости белка, при этом часто образуется осадок свернувшегося белка, а если концентрация белков в растворе достаточно велика, то свертывается вся масса раствора. При денатурации утрачивается биологическая активность белков.

Факторы, выз денатурацию:

-выс температура >50гр,

-интенсив встряхивание р-ра, приводящее к соприкосновению белковых молекул с воздуш средой на пов раздела фаз и изменению конф этих молекул,

- орг в-ва (спирт, фенол, мочивина) способны взаимодейств с функц группами белков, что приводит к их конформационным изменениям,

- кисл и щёлочи (изменяя pH среды выз перераспределение связей в молекуле белка),

- соли тяж металлов (Cu, Hg) образ прочные связи с важными функц группами белков,

- гетергенты (мыло) – в-ва, содерж гидрофобный углеводородный радикал и гидрофильную функц группу.

Механизм денатурации:

Существует два механизма денатурации для малых и крупных белковых молекул. В первом случае процесс денатурации представляет собой ФП(фазовый переход) 1 рода, что обеспечивается наличием большого числа слабых связей с глобуле. Во втором случае на первом этапе плавления глобулы происходит нарушение упорядоченности боковых групп, но сохраняется общая пространственная структура. Этот переход происходит как ФП 1 рода. Дальнейшие этапы денатурации зависят от доменной и вторичной структуры и могут происходить как ФП любого рода. Расплавленная глобула является устойчивым интермедиатом разворачивания белка и характеризуется минимумом свободной энергии.По способам денатурации различается: 1. Температурная. Существует тепловая и холодовая денатурация. При тепловой происходит разрушение связей за счёт увеличения скорости теплового движения, а при Холодовой происходит ослабление гидрофобных взаимодействий, что приводит к падению стабильности белка.

2. Химическая. Связана с оттягиванием части водородных связей химическими веществами, часто электролитами, что приводит к падению устойчивости боковых групп. (мочевина, гуанидин гидрохлорид)

3. Лучевая. Лучевая денатурация связана с поглощением атомами энергии, приводящим к разрыву ковалентных связей.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕНАТУРАЦИИ: 1. используя процесс денатурации в мягких условиях, его используют для получения и хранения ферментов в низких температурах.

2. явление денатурации используют в пищевой промышлености (для получения яичного порошка, консервов).

3. в медицине денатурацию используют для осаждения чужеродных белков, при ожогах, обморожениях.

В определенных условиях при медленном охлаждении раствора денатурированного нагреванием белка происходит ренативация – восстановление нативной конформации. Это подтверждает, что характер укладки пептидной цепи определяется первичной структурой белка. Процесс образования нативной конформации белка самопроизвольный, т.е. эта конформация отвечает минимуму свободной энергии молекулы. Пространственная структура белка закодирована в аминокислотной последовательности пептидных цепей. Это означает, что все идентичные по чередованию аминокислот полипептиды будут принимать идентичную же конформацию.

Шапероны-класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной третичной структуры поврежденных белков, а также образование и диссоциация белковых комплексов. Многие шапероны являются белками теплового шока, то есть белками, экспрессия которых начинается в ответ на рост температуры или другие клеточные стрессы. Тепло сильно влияет на фолдинг белка, а некоторые шапероны участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за неправильного сворачивания белков. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданных белков в тот момент, когда они «вытягиваются» из рибосомы. И хотя большинство только что синтезированных белков могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторому меньшинству обязательно требуется их присутствие.

Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот.

Шапероны – белки, способные связываться с белками, находящимся в неустойчивом состоянии. Они способны стабилизировать их конформацию. Шапероны, участывующие в защите клет. белков от денатурирующих воздействий относятся к белкам светового шока(БТШ).При действии различных стрессовых факторов в клетках усиливается синтез БТШ. Имея высокое сродство к гидрофобным участкам частично денатурированных белков они могут препятствовать их полной денатурации ивосстанавливать нативную инфу белков.