1 модуль / Lekcija_3_4_Ruseckaja_Slozhnie_Belki

Лекции № 3, 4 Тема: «Сложные белки»

План.

1.Классификация сложных белков

2.Углеводсодержащие белки (гликопротеины и протеогликаны)

3.Липопротеины

4.Фосфопротеины

5.Металлопротеины

6.Хромопротеины

7.Нуклеопротеины

1. Классификация сложных белков Основывается на химической природе небелкового компонента (простетической группы):

1.Углеводсодержащие белки (гликопротеины и протеогликаны),

2.липопротеины,

3.фосфопротеины,

4.нуклеопротеины,

5.хромопротеины (гемопротеины и флавопротеины),

6.металлопротеины,

2. Углеводсодержащие белки (гликопротеины и протеогликаны)

Простетическая группа гликопротеинов может быть представлена моносахаридами (глюкозой, галактозой, маннозой, фруктозой, 6-дезоксигалактозой), их аминами и ацетилированными производными аминосахаров (ацетилглюкоза, ацетилгалактоза), а также уроновыми, нейраминовыми и сиаловыми кислотами и короткими олигосахаридами.

6-дезоксигалактоза

нейраминовая кислота сиаловая кислота На долю углеводов в молекулах гликопротеинов приходится 1-35%. Исключение составляют муцины, в

молекуле которых на долю углеводов приходится до 70%. Гликопротеины - глобулярные белки. Углеводный компонент протеогликанов может быть представлен несколькими цепями гетерополисахаридов, которые называются глюкозаминогликанами. Примерами являются гиалуроновая, хондроитинсерная кислоты и гепарин.

Гиалуроновая кислота

Хондроитинсерная кислота

Гепарин На долю углеводов в молекулах протеогликанов приходится до 95%. Белковый и небелковый компоненты в

углеводсодержащих белках связаны прочными ковалентными О-гликозидными и N-гликозидными связями. О-гликозидная связь образуется за счет полуацетального гидроксила моносахарида и гидроксильной группы аминокислот серина и треонина в белках. N-гликозидная связь образуется за счет полуацетального гидроксила и амидной (-NH2) группы аспарагина, реже глютамина в белке.

Биологические функции гликопротеинов:

Гликопротеины содержат олигосахаридные цепи различной длины, ковалентно присоединенные к полипептидной основе. Гликопротеины выполняют в организме человека разные функции и присутствуют во всех классах белков – ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках. Они являются компонентами клеточных мембран, располагаясь на их внешней стороне. В молекулах индивидуальных белков углеводная часть молекул занимает также поверхностное положение. Поэтому именно гликопротеины обеспечивают антигенную специфичность групповых веществ крови, рецепторную специфичность мембран, участвуют в межклеточных взаимодействиях, в передаче гормональных сигналов

вклетки тканей, являются защитными антивирусными белками клеток, объединяют коллагеновые волокна

вфибриллы.

Представители гликопротеинов – коллаген и эластин, иммуноглобулины, трансферин плазмы крови, клеточные белки интерфероны, лизосомальные ферменты, белки слюны, фибринонектин соединительной ткани, гормоны тиротропин и др.

Биологические функции протеогликанов:

Протеогликаны содержат до 95-99% гетерополисахаридов и только 2-5% специфических белков. Гетерополисахариды названы гликозаминогликанами (ГАГ). Это высокомолекулярные линейные полимеры, построенные из повторяющихся 100-25000-кратно мономеров. Каждый содержит гексуроновую кислоту (глюкуроновую или идуроновую) и ацетиламиноглюкозу или ацетиламиногалактозу. Компоненты связаны между собой β-гликозидными связями. Белковая и углеводная части также стабилизированы гликозидными связями. В тканях человека присутствуют 6 классов ГАГ. Важнейшие представители – гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты и гепарин. Гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты являются основой межклеточного вещества соединительной ткани. Это высокогидратированные, эластичные, анионные молекулы, занимающие большой обмен в межклеточном пространстве, обеспечивающие тургор и барьерные свойства ткани.

Гепарин, в отличие от них - естественный антикоагулянт.

3. Липопротеины Липопротеины - сложные белки, состоящие из белковой части и простетической группы, представленной

каким-либо липидом. Липиды – неполярные (гидрофобные) вещества, которые нерастворимы в воде. В организме человека присутствуют 2 группы липопротеиновых комплексов:

1.Структурные липопротеины мембран.

2.Липопротеины плазмы крови, выполняющие транспортную функцию.

Характеристика липидов мембран.

Основой биомембран является двойной слой фосфолипидов со встроенными в него молекулами белков и холестерина. Главными компонентами фосфолипидов служат разнообразные жирные кислоты (заменимые и незаменимые).

4.стеариновая (С18),

5.лигноцериновая (С24). Полиненасыщенные жирные кислоты:

1.С18:2 – линолевая (9-10,12-13),

2.С18:3 - линоленовая (9-10, 12-13, 15-16),

3.С20:4 - арахидоновая (5-6, 8-9, 12-13, 15-16).

Полиненасыщенные жирные кислоты являются незаменимыми, т.к. не синтезируются в организме человека и поэтому должны поступать с пищей. Помимо этого арахидоновая кислота может освобождаться в тканях при гидролизе мембранных фосфолипидов. Из нее у человека синтезируются тканевые гормоны – эйкозаноиды – простагландины, тромбоксаны и лейкотриены).

Фосфолипиды, содержащие спирт глицерин, называются глицерофосфолипиды. Фосфолипиды, содержащие сфингозин, называются сфинголипиды.

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. Она лежит в основе фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина, фосфатидилхолина:

Глицерофосфолипиды – амфифильные молекулы, содержащие неполярные алифатические «хвосты» жирных кислот и полярную заряженную часть. Остатки жирных кислот формируют неполярныю (гидрофобную) часть молекулы, а остаток фосфорной кислоты и аминоспирт – полярную (гидрофильную) часть. Глицерофосфолипиды являются преобладающим компонентом большинства биологических мембран.

Сфинголипиды содержат церамид (продукт взаимодействия сфингозина с жирной кислотой). Молекулы сфинголипидов тоже являются амфифильными:

Сфингомиелин Сфинголипиды – основные компоненты миелиновых оболочек и клеточных мембран мозга и нервной ткани.

Холестерин является высокогидрофобным липидом (однако, гидроксильная группа является полярной частью молекулы). Источником холестерина является пища, а также постоянное обновление клеточных мембран. Холестерин входит в состав биомембран, а также является предшественником стероидных гормонов (коры надпочечников и половых), желчных кислот, провитамина Д3.

Мембранные белки удерживаются в двойном слое фосфолипидов с помощью гидрофобных и ионных связей. Некоторые белки располагаются в поверхностных слоях мембраны.

Характеристика липопротеинов плазмы.

Важнейшие комплексы белков и липидов, стабилизированных нековалентными взаимодействиями, представляют собой липопротеины плазмы. Их основная функция – транспорт различных липидов (жиров, фосфолипидов, холестерина и его эфиров, жирорасторимых витаминов).

Источниками этих липидов для человека является пища, а также процесс синтеза всех групп липидов в печени.

Все липиды нерастворимы в плазме. Поэтому они могут переносится от кишечника к печени и от печени только в составе липопротеиновых комплексов.

Эти глобулярные, сфероидные частички содержат неполярное ядро гидрофобных триацилглицеринов (ТАГ) (или жиров) и эфиров холестерина, окруженное амфифильной оболочкой фосфолипидов, свободного холестерина и специфических

белков (см. рисунок).

Различают 4 класса липопротеинов (ЛП) на основе их функциональных и физических свойств, таких как плотность частиц и их электрофоретическая подвижность.

1.Плотность липопротеиновых частиц зависит от соотношения липидов и белков. Ее определяют методом ультрацентрифугирования в растворе NaCl.

2.Во время электрофореза ЛП плазмы мигрируют вместе с α- и β-глобулинами плазмы. Таким образом, плотность частиц соответствует их электрофоретическому поведению. Скорость движения частиц зависит от их заряда и размера, а заряд – от количества белков на поверхности частиц.

Белковую часть липопротеиновых частиц называют апопротеинами. Они играют важную роль в

функционировании липопротеинов. Апопротеины взаимодействуют с клеточными рецепторами и регулируют активность некоторых клеточных и плазменных ферментов. Часть апопротеинов является интегральными, структурными белками липопротеиновых частиц и прочно связаны с ними. Другие располагаются на поверхности и могут обмениваться этими белками во время своего функционирования. Апопротеины отличаются совей первичной структурой друг от друга и обозначаются A, B, C, D, E.

Функции липопротеинов плазмы

1.Хиломикроны (ХМ) транспортируют экзогенные пищевые ТАГ и ХЛ от кишечника к тканям.

2.Липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) переносят эндогенные, синтезированные в печени ТАГ, от печени к тканям, выносят ХЛ в кровоток.

3.Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) образуются в плазме из ЛПОНП, являются транспортной формой экзогенного ХЛ от печени к тканям.

4.Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) обеспечивают обратный транспорт ХЛ от тканей к печени.

4. Фосфопротеины Фосфопротеины в качестве простетической группы содержат остаток фосфорной кислоты. Примеры:

казеин и казеиноген молока, творога, молочных продуктов, вителлин яичного желтка, овальбумин яичного белка, ихтуллин икры рыб. Фосфопротеинами богаты клетки ЦНС. Фосфопротеины обладают многообразными функциями:

1.Питательная функция. Фосфопротеины молочных продуктов легко перевариваются, усваиваются и являются источником незаменимых аминокислот и фосфорной кислоты для синтеза белков тканей

ребенка.

2.Фосфорная кислота участвует в регуляцию активности ферментов путем фосфорилирования при участии ферментов протеинкиназ. Фосфат присоединяется к – ОН группе серина, треонина сложноэфирными связями (или к –NH2 группе лизина фосфоамидными связями):

5. Металлопротеины Металлопротеины - белки, содержащие в качестве небелкового компонента ион металла. Например:

1.белки крови, содержащие железо: ферритин и трансферрин (транспорт железа) и содержащие медь: церулоплазмин.

2.ферменты: а) алкогольдегидрогеназа содержит цинк, б) карбоангидраза, карбоксипептидаза, цитохромоксидаза, церулоплазмин содержат ионы меди, в) аргиназа содержит ионы марганца, супероксиддисмутаза содержит ионы молибдена, меди, гексокиназа содержит ионы железа.

6. Хромопротеины Хромопротеины - сложные белки с окрашенной небелковой частью. К ним относятся флавопротеины (желтые) и гемопротеины (красные).

Флавопротеины в качестве простетической группы содержат производные витамина В2 – флавины: Флавинадениндинуклеотид (ФАД) или Флавинмононуклеотид (ФМН). Они являются небелковой частью ферментов дегидрогеназ и оксидаз, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. Гемопротеины в качестве небелковой группы содержат гем – железопорфириновый комплекс.

Гемопротеины подразделяют на два класса:

1.ферменты: каталаза, пероксидаза, цитохромы.

2.неферменты: гемоглобин и миоглобин.

1. Ферменты каталаза и пероксидаза разрушают токсичную перекись водорода, цитохромы являются переносчиками электронов в цепи переноса электронов.

2. Неферменты. Гемоглобин транспортирует кислород (от легким к тканям) и углекислый газ (от тканей к легким); миоглобин – депо кислорода в работающей мышце.

Строение гемоглобина. Гемоглобин – тетрамер, т.к. состоит из 4-х

субъединиц: глобин в этом тетрамере представлен 4-мя полипептидными цепями 2-х разновидностей: 2 α и 2 β цепи. Каждая субъединица связана с гемом.

Внутри каждой субъединицы есть гидрофобный карман, в котором расположен гем. Гем удерживается в нем гидрофобными, координационными, ионным связями, а также силами Ван дар Ваальса.

Производные гемоглобина образуются при его взаимодействии с лигандами (О2, СО2, 2,3- дифосфоглицерат, СО и др.). Гемоглобин, связанный с кислородом, называется оксигемоглобином. Карбгемоглобин – гемоглобин, связанный с углекислым газом СО2. Очень велико сродство гемоглобина к угарному газу СО (в 300 раз выше, чем к кислороду). При связывании с СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин, который не способен связывать кислород. При действии окислителей, например, нитрита натрия образуется метгемоглобин, в нем железо становится 3-х-валентно. В связи с этим гемоглобин теряет возможность присоединять кислород и может присоединять циано-группу, с образованием циано-мет-гемоглобина. Поэтому при отравлении цианидами назначают в качестве лечения метгемоглобин-образователи. 2,3-дифосфоглицерат – метаболит гликолиза – способствует отдаче гемоглобином кислорода в ткани. Особенно высока концентрация этого лиганда в эритроцитах.

Типы гемоглобина Различают физиологические и аномальные типы гемоглобина.

Физиологические типы гемоглобина оразуются в разные периоды онтогенеза:

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль. В 1949 году англ. биохимик Чаргафф выяснил, что сумма пуриновых нуклеотидов = сумме пиримидиновых нуклеотидов, содержание А = содержанию Т, содержание Г =

содержанию Ц. Это открытие лежало в основе работы Уотсона и Крика. ДНК состоит из 2-х цепей, закрученных в спираль вправо вокруг оси. Виток спирали = 10 нуклеотидов, что составляет в длину 3,4 нм. Обе цепи в спирали антипараллельны. Одна цепь имеет направление 3’ к 5’, а другая - 5’ к 3’. Гидрофильные участки ДНК состоят из дезоксирибоз и остатков фосфата и находятся на внешней поверхности двойной спирали. Гидрофобные участки (азотистые основания обеих цепей) находятся внутри спирали, перпендикулярны ее оси и уложены стопкой, которую стабилизируют гидрофобные силы. Спираль поддерживают водородные связи между комплементарными парами азотистых оснований: А=Т; Г≡Ц.

Гидрофобные силы и водородные связи стабилизируют вторичную структуру ДНК.

Третичная структура ДНК. Это результат дополнительного скручивания в пространстве молекулы ДНК. Это происходит при взаимодействии ДНК с белком. При взаимодействии с октамером гистонов (щелочные белки с высоким содержанием аминокислот арг и лиз) двойная спираль (около 140 пар оснований) накручивается на октамер, укорачивается и превращается в нуклеосому. Эти нуклеосомы связаны между собой короткими участками линкерной ДНК, что способствует образованию компактной структуры. Далее нуклеосомные нити формируют суперспирали и петлеобразные структуры. В результате образуется сильно конденсированный хроматин клеточного ядра. Таким образом, функция гистонов состоит в упаковке ДНК в структурные единицы – нуклеосомы. При подготовке клетки к делению хроматин собирается в хромосомы. В хроматине содержится ряд негистоновых белков. Одни участвуют в образовании длинных петель ДНК, другие являются регуляторными ДНК-связывающими белками, третьи – ферменты репликации, транскрипции и репарации.

Функция ДНК – хранение и передача наследственной информации. Эта информация хранится в форме последовательности ее нуклеотидов, соответствующую последовательности аминокислот в ппц.

Вторичная структура РНК – полинуклеотидная нить, изогнутая в пространстве. Эта изогнутость обусловлена образованием водородных связей между сближенными комплементарными азотистыми основаниями. У т-РНК вторичная структура представлена «клеверным листом», в котором различаю комплементарные и некомплементарные участки. К ним в частности относятся антикодоновая петля и акцепторный стебель. Антикодоновая петля имеет триплет нуклеотидов, которые спариваются водородными связями по принципу комплементарности с кодоном м-РНК.

Другие петли взаимодействуют с рибосомой и с ферментами. К акцепторному стеблю присоединяется АК. Антикодон – комплементарен кодону м-РНК, в нем закодирована аминокислота, соответствующая данной т- РНК. Каждой из 20 аминокислот соответствует 1 (или несколько) т-РНК, которая связывает аминокислоту, переносит на рибосомы и служит адаптором при переводе

закодированного в м-РНК генетического текста в аминокислотную последовательность белка.

м-РНК является копией гена ДНК, в котором закодирована первичная тсруктура полипептида в форме последовательности нуклеотидов. Каждая из 20 аминокислот зашифрована в млекуле м-РНК в форме триплете (кодона) – последовательности из трех нуклеотидов.

р-РНК – основной компонент рибосом. Первичная структура р-РНК – последовательность рибонуклеотидов. Вторичная структура р-РНК –имеет спирализованные участки одиночной изогнутой РНК, а третичная – комплекс с белками рибосомы, котторые резко положительно заряжены, а РНК - отрицательно. м-РНК синтезируется в ядре на матрице ДНК, поступает в рибосому, где служит матрицей для синтеза белка. Поступая из ядра в ЦЗ, м-РНК образует со специфическими белками – информоферами комплексы (третичная структура м-РНК), которые называются информосомами.

У человка существует 4 типа р-РНК, отличающихся размером и формой молекул: 5S, 5,8S, 28S и 18S (S – коэффициент седиментации). В малой субчастице рибосомы находятся 18S р-РНК и 33 белка, а в большой - 5S, 5,8S, 28S р-РНК и 50 белков.

Свободные нуклеотиды.

Свободные нуклеотиды присутствуют в клетке в свободном виде и выполняют самостоятельные функции. Например, Аденозинтрифосфат (АТФ) – универсальный источник энергии в клетке. Нуклеозидтрифосфаты служат источниками нуклеотидов в процессе репликации ДНК и при синтезе РНК.