
Биохимия / 20_vopros
.odt20) Сложные белки (нуклеопротеиды и их биологическая роль, гистоны их биол. Роль и классификация, фосфопротеиды -р-я синтеза, гликопротеиды их свойства,простатическая группа и химич.природа)
Сло́жные белки́ (протеиды, холопротеины) — двухкомпонентные белки, в которых помимо пептидных цепей (простого белка) содержится компонент неаминокислотной природы — простетическая группа. При гидролизесложных белков, кроме аминокислот, освобождается небелковая часть или продукты её распада.
В качестве простетической группы могут выступать различные органические (липиды, углеводы) и неорганические (металлы) вещества.
В зависимости от химической природы простетических групп среди сложных белков выделяют следующие классы[1]:
-
Гликопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные углеводные остатки и их подкласс — протеогликаны, с мукополисахаридными простетическими группами. В образовании связи с углеводными остатками обычно участвуют гидроксильные группы серина или треонина. Большая часть внеклеточных белков, в частности, иммуноглобулины — гликопротеиды. В протеогликанах углеводная часть составляет ~95 %, они являются основным компонентом межклеточного матрикса.
-
Липопротеиды, содержащие в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липопротеиды, образованные белками-аполипопротеинами связывающимися с ними липидами и выполняют функцию транспорта липидов.
-
Металлопротеиды, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеидов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин итрансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов)
-
Нуклеопротеиды, содержащие нековалентно связанные ДНК или РНК, в частности, хроматин, из которого состоят хромосомы, является нуклеопротеидом[2].
-
Фосфопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные остатки фосфорной кислоты. В образовании сложноэфирной связи с фосфатом участвуют гидроксильные группы серина или треонина, фосфопротеинами являются, в частности, казеин молока[3]:
-
Хромопротеиды — собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. К ним относится множество белков с металлсодержащей порфириновой простетической группой, выполняющие разнообразные функции — гемопротеины (белки, содержащие в качестве простетической группы гем — гемоглобин,цитохромы и др.), хлорофиллы; флавопротеиды с флавиновой группой, и др.
Простые белки построены только из аминокислот. Сложные белки построены из двух компонентов - простой белок и небелковое вещество, называемое простетической группой. Простетические группы прочно связаны с белковой частью молекулы.
Классификация сложных белков зависит от строения простетической группы.
-
Гликопротеины (содержат углеводы).
-
Липопротеины (содержат липиды).
-
Фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту).
-
Хромопротеины (содержат окрашенную простетическую группу).
-
Металлопротеины (содержат ионы различных металлов).
-
Нуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты).
Гликопротеины. Простетические группы этих белков представлены углеводами и их производными.
Углеводы подразделяются на три группы:
-
моносахариды (альдозы, кетозы);
-
олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т.д.);
-
полисахариды (гомополисахариды, гетерополисахариды).
Гомополисахариды построены из моносахаридов только одного типа, а гетерополисахариды содержат разные мономерные звенья.
Гомополисахариды по функции бывают структурными и резервными.
Крахмал - резервный гомополисахарид растения. Построен из остатков -глюкозы соединенными между собой -гликозидными связями.
Гликоген - главный резервный гомополисахарид человека и высших животных. Построен из остатков -глюкозы. Содержится во всех органах и тканях. Наибольшее его количество обнаружено в печени и мышцах. Его молекула сильно разветвлена.
При гидролизе гликоген расщепляется через ряд промежуточных продуктов до глюкозы. В организме человека содержится 2 типа углеводосодержащих белков - гликопротеины. Они отличаются структурой и функциями.
Гликопротеины содержат от 1 до 30 % углеводов, которые прочно связаны с белковой частью молекулы. Они представлены различными моносахаридами, их ацетил-амино-производными, дезоксисахаридами, нейраминовыми и сиаловыми кислотами. Они могут быть также представлены линейными или разветвленными олигосахаридами.
Функции гликопротеинов:
-
большинство белков на внешней поверхности животных клеток (рецепторы);
-
большая часть синтезируемых клеточных белков (интерфероны);
-
большая часть белков плазмы крови (кроме альбуминов):
-
иммуноглобулины;
-
групповые вещества крови;
-
фибриноген, протромбин;
-
гаптоглобин, трансферин;
-
церулоплазмин;
-
мембранные ферменты;
-
гормоны (гонадотропин, кортикотропин).
-
Связь между углеводными компонентами и белковой частью в гликопротеинах ковалентно-гликозидная, через ОН группы серина, треонина, или NH группу лизина, аспарагина, глутамина.
Протеогликаны. Углевод в этих белках составляет основную часть молекулы (до 95 %).Углеводы представлены высокомолекулярными гетерополисахаридами. Их называют гликозаминогликанами - это линейные неразвлетвленные полимеры. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц. Углеводы и белки в молекулах протеогликанов связаны гликозидными связями через гидрокси-группы серина, треонина и NH2-лизина, аспарагина и глутамина.
Молекулы протеогликанов прекрасно гидратируются благодаря большому количеству функциональных ионизированных групп. Этим объясняется их эластичность, растяжимость, слизистый характер. Они способны также связовать ионы Nа+, поэтому они учавствуют в регуляции водно-солевого обмена.
Структурные и функциональные отличия гликопротеинов и протеогликанов.
Гликопротеины |
Протеогликаны |
Структурные компоненты простетических групп |
|
1. Моносахариды (глюкоза, галактоза, манноза). |
1. Гиалуроновая кислота. |
2. Олигосахариды (мальтоза, лактоза, сахароза). |
2. Хондроитиновая кислота. |
3. Ацетилированные аминопроизводные моносахаридов. |
3. Гепарин. |
4. Дезоксисахариды. |
- |
5. Нейраминовые и сиаловые кислоты. |
- |
Биологические функции |
|
1. Рецепторы мембран. |
1. Гиалуроновая и хондроитиновая кислоты: механическая, структурная, опорная (основа всех видов соединительной ткани). |
2. Защитные белки. |
2. Гепарин - антикоагулянт, ингибитор тромбо-образования. |
3. Иммуноглобулины. |
- |
4. Групповые вещества крови. |
- |
5. Фибриноген, протромбин. |
- |
6. Транспортные белки крови. |
- |
7. Ферменты мембран. |
- |
8. Гормоны (тропные гормоны гипофиза). |
- |
Липопротеины - сложные белки. Их простетическая группа представлена разнообразными липидами. Существует несколько классов липидов. Каждый из них выполняет специфическую биологическую функцию.
Структурная классификация липидов.
-
Простые. Неполярные:
-
омыляемые;
-
жиры (триаглицерины);
-
воска (эфиры);
-
неомыляемые;
-
стероиды (холестерин).
-
-
Сложные. Полярные. Омыляемые:
-
глицерофосфолипиды;
-
сфингофосфолипиды;
-
гликолипиды.
-
Обязательным структурным компонентом всех классов липидов (кроме холестерина) являются жирные кислоты. Все жирные кислоты - это длинноцепочечные органические кислоты. Содержат одну карбоксильную группу СООН и длинный неполярный гидрофобный хвост. Поэтому липиды нерастворимы в воде. Они бывают насыщенными и ненасыщенными.
Насыщенные: пальмитиновая, стеариновая, цереброновая.
Ненасыщенные: олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Триаглицерины - сложные эфиры трехатомного спирта глицерина с высшими жирными кислотами. В организме находятся в форме протоплазматического жира и в форме запасного, резервного жира. ТАГ относятся к омыляемым липидам, т. е. подвергаются гидролитическому расщеплению. Ферменты, расщепляющие жиры, называются липазами.
Воска - сложные эфиры высших жирных кислот и высших одно- и двухатомных спиртов с числом атомов углерода от 16 до 22. Они образуют водоотталкивающие покрытия кожи, волос у человека, шерсти у животных, перьев у птиц, листьев и плодов растений.
Стероиды - в основе их структуры - углеводный скелет стерина. Главный их представитель - холестерин. В тканях он находится в свободном виде или в форме эфира с высшими жирными кислотами (стериды). Холестерин является обязательным компонентом биологических мембран.
К этой же группе стероидов относятся важнейшие биологически активные производные холестерина.
-
Желчные кислоты.
-
Стероидные гормоны.
-
Витамины группы В.
Фосфолипиды - большая группа различных по строению омыляемых липидов, являющихся обязательными компонентами биомембран. Их молекулы содержат наряду с углеводородными цепями полярную ионизированную часть. Фосфолипиды не запасаются клеткой. Они постоянно обновляются.
Фосфолипиды делятся на:
-
глицерофосфолипиды - состоит из фосфатидной кислоты и спирта;
-
сфингофосфолипиды - второй важный класс мембранных липидов;
-
гликолипиды - разновидность сфинголипидов.
В них отсутствует фосфорная кислота, но есть углеводный компонент.
Функциональная классификация липидов:
-
резервные;
-
структурные;
-
транспортные.
Транспортные и плазменные липопротеины. В плазме крови присутствуют свободные липопротеины. Они в отличие от остальных липидов растворимы в воде. Это объясняется строением их комплексов.
Различают 4 класса плазменных липопротеинов:
-
хиломикроны;
-
липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП);
-
липопротеины низкой плотности (ЛПНП);
-
липопротеины высокой плотности (ЛПВП).
Классификация липопротеинов зависит от их плотности. Плотность - от содержания в них липидов. Чем больше липидов, тем ниже плотность.
Строение плазменных липопротеинов напоминает мицеллу. Ядро их состоит из неполярных гидрофобных липидов. Наружный слой - из полярных частей молекул фосфолипидов и белков. Такое строение обеспечивает растворимость липопротеинов в плазме.
Функции транспортных липопротеинов.
Все липопротеины выполняют транспортную роль. Они переносят экзогенные, всосавшиеся из кишечника триаглицериды и холестерин к жировым депо и печени. От печени, где синтезируются эндогенные фосфолипиды и холестерин, они транспортируются ко всем внутренним органам, где используются. Поэтому липопротеины плазмы называют транспортными формами липидов. Каждый класс липопротеинов транспортирует ту фракцию липидов, которая в нем преобладает.
В стабилизации молекул структурных и свободных липопротеинов участвуют нековалентные силы.
-
Гидрофобные - между гидрофильными радикалами жирных кислот и гидрофобными радикалами аминокислот.
-
Ионные - электростатические связи между ионизированными группами молекул аминокислот и фосфолипидов.
Фосфопротеины - сложные белки. Их простетическая группа представлена фосфорной кислотой. Остатки фосфата соединяются с белковой частью молекулы сложноэфирными связями через гидрокси-группы аминокислот серина и треонина.
К фосфопротеинам относятся казеины - белки молока, вителлины - яичного желтка, овальбумин - белок куриного яйца. Большое количество их содержится в ЦНС. Многие важные ферменты клетки активны только в фосфорилированной форме. Фосфопротеины являются источником энергетического и пластического материала.
Металлопротеины кроме белка содержат ионы одного или нескольких металлов. Ионы металлов соединены координационными связями с функциональными группами белка.
Пример металлопротеинов:
-
ферритин, трансферрин - Fe;
-
алкогольдегидрогеназа - Zn;
-
цитохромоксидаза - Cu;
-
протеиназы - Mg, К;
-
АТФ-аза - Na, К, Са, Мg.
Как правило, металлопротеины - ферменты. Ионы металлов выполняют следующие функции:
-
являются активным центром фермента;
-
служат мостиком между активным центром фермента и субстратом, сближают их;
-
служат акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции.
Обмен нуклеопротеинов.
Нуклеопротеины - это сложные белки, небелковым компонентом которых являются нуклеиновые кислоты - ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) или РНК (рибонуклеиновая кислота). В живом организме нуклеиновые кислоты находятся в диссоциированном состоянии. В составе белковых компонентов очень много положительно заряженных аминокислот - аргинина и лизина, поэтому их можно отнести к поликатионам (гистоны). Белковые компоненты подвергаются обмену, как простые белки.
Обмен нуклеиновых кислот.
Молекулы нуклеиновых кислот заряжены отрицательно, поэтому они образуют с положительно заряженными белковыми компонентами ионные связи.
Нуклеиновые кислоты - линейные (реже - циклические) гетерополимеры, их мономерами являются мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из трех частей:
-
азотистого основания (у всех нуклеиновых кислот);
-
пентозы (рибозы у РНК или дезоксирибозы у ДНК) - вместе они составляют нуклеозид;
-
остатка фосфорной кислоты. Номенклатура различных мононуклеотидов представлена в таблице.
Номенклатура нуклеотидов.
Азотистое основание |
Нуклеозид |
Нуклеотид |
Аденин |
Аденозин |
Аденозинмонофосфат (АМФ) |
Гуанин |
Гуанизин |
Гуанизинмонофосфат (ГМФ) |
Урацил |
Уридин |
Уридинмонофосфат (УМФ) |
Тиамин |
Тиамидин |
Тиамидинмонофосфат (ТМФ) |
Цитозин |
Цитидин |
Цитидинмонофосфат (ЦМФ) |
ТМФ встречается только в ДНК, а УМФ - только в РНК. Если в составе мононуклеотида имеется дезоксирибоза, то в начало его названия добавляется приставка "дезокси".
В составе нуклеиновых кислот мононуклеотиды связаны 3, 5-фосфодиэфирными связями между рибозами (дезоксирибозами) соседних мононуклеотидов через остаток фосфорной кислоты. Поэтому, если молекула нуклеиновой кислоты не является циклической, концы ее различны.
Один из них обозначается как 3-конец, а другой - 5-конец. Начальным считается 5-конец.
Молекулярная масса нуклеиновых кислот сильно варьирует, но в целом очень большая, особенно у ДНК. В ядре клетки человеческого организма содержится 46 молекул ДНК, в составе каждой из них - 3,5 млрд пар мононуклеотидов. В митохондриях есть циклическая ДНК, ее молекула содержит 16 тыс. пар мононуклеотидов. Сначала была расшифрована структура митохондриальной ДНК. В ней закодирована информация о строении 13-ти полипептидных цепей, 2-х рибосомальных РНК и 22-х транспортных РНК. Поскольку митохондриальная ДНК не связана с белковыми компонентами, она сильнее подвержена мутациям, по сравнению с ядерной. Известно много митохондриальных генетических заболеваний, связанных с ее мутациями, проявляющихся нарушениями тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. В отличие от ядерной РНК, наследование таких нарушений идет только по материнской линии.
Общее количество белков, закодированных в человеческой ДНК, не превышает 100 тыс. В настоящее время геном человека полностью расшифрован.