Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БИОХИМИЯ ТЕОРИЯ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
06.11.2018
Размер:
1.71 Mб
Скачать

3. БЕЛКИ – это ВМС, состоящие из аминокислот (всего 20) и имеющие 4 уровня структурной органи –

зации, а в настоящее время выделяют еще и пятый уровень.

Белки – основа жизни, главная молекула жизни. Если ДНК является своеобразным информационным чертежом организма, то белок - это материал, средство, при помощи которого по этому чертежу построен организм.

ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

O O

// //

HN2 – CH – C – N – CH – C – N – CH – COOH

\ \ \ \ \

R H R H R

Первичная структура - ожерелье, состоящее из пластически соединенных ассиметричных атомов. Эта структура упорядочена, так как углы наклона плоскостей постоянны. Первичная структура имеет ряд особенностей:

1. Ее стабильность обусловлена ковалентными пептидными связями, возможно участие небольшого числа дисульфидных связей.

2. В полипептидной цепи могут быть обнаружены разнообразные комбинации аминокислот.

3. Каждый индивидуальный белок является уникальной первичной структурой и замены аминокислот приводят к изменению физикохимических и биологических функций.

4. В некоторых ферментах, обладающих близкими свойствами встречаются сходные последовательности аминокислот (в частности активных центров).

ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА - конфигурация полипепидной цепи, то есть наибольшее свертывание поли – пептидной цепи в спиральную конформацию. Причем это протекает не хаотично, а в соответствии с про – граммой, заложенной в первичной структуре белка. Это определяется прежде всего строением пептид – ной связи.

//

лактам C – N - p,П- сопряжение

\

H

Атомы С и N находятся в одной плоскости, а атом Н и радикал в плоскости, которая лежит под углом 109*28 предыдущей. Расстояние между атомами С и N = 0,132 нм, оно является промежуточным между одинарной и двойной связью. Это создаёт предпосылки для лактам-лактимных превращений.

OH

/

лактим - С = H

То есть благодаря р,П- сопряжению возникает двесвязанность между атомами С и N, эта форма более реакционноспособна.

Так как возникла двойная связь, то вращение затрудняется и формируется водородная связь, что приводит к возникновению спиральной конформации полипептидной цепи. Незаменимые аминокислоты гидрофобны. Они входят в состав мембран, без которых клетка не живёт и механизм действия гидрофобных ядов сводится к тому, что они, встраиваясь в мембраны, разрушают их (прежде всего мозг).

На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатков. Аминокислоты располагаются таким образом, что 1-ая аминокислота находится под 4-ой, 2-ая - под 5-ой и т. д. Это а -спираль, она может быть право- и левозакрученной. Причём степень закрученности зависит от длины радикалов. В молекуле белка а- спиральные участки чередуются с линейными. Стабильность вторичной структуры в основном обес –

печивается водородными связями. Водородные связи включают не только электростатические силы притя – жения между атомами О и Н, но и электронные связи такого же типа, как в ряде комплексных соединений. Водородные связи намного слабее ковалентных, но их число очень велико, что и обеспечивает жёсткость а -спирали. Существует также в - конформация вторичной структуры (в фибриллярных белках, белках волос, мышц). В этом случае две или более полипептидных цепей, расположены параллельно и содержат иминокислоты. Между этими цепями точно образуются водородные связи, но в том месте, где есть иминогруппы, водородные связи не образуются и происходит излом, поэтому в – конформация имеет складчатую форму (в виде шифера). Белки в - спирали выполняют в основном опорную функцию, противостоят сжатию и растяжению. В природе существуют белки, строение которых не соответствует ни а - ни в- структуре (полигены). Некоторые белки имеют в своей структуре сочетание а – и в –

спирали.

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА – пространственная ориентация полипептидной цепи в определённом объёме

(в трёхмерном пространстве). Иными словами, третичная структура показывает, каким образом полипептидная цепь, ввёрнутая частично или целиком в спираль, располагается в пространстве. Укладка полипептидной цепи в трёхмерном пространстве происходит за счёт радикалов. Как правило, в центре третичной структуры гидрофобные радикалы: лей, илей, вал, ала. Однако для мембранных белков это правило не действует. Пространственная структура белка зависит рН раствора, t, давления, линейной силы. Стабильность третичной структуры обусловлена помимо ковалентных связей ещё и нековалентными (электростатическими, линейными силами, гидрофобными взаимодействиями, дисульфидными связями). Тре –

тичная структура белка возникает совершенно автоматически и полностью детерминирована первичной структурой (размером, формой и полярностью радикалов аминокислотных остатков).

Основной движущей силой в возникновении треичной структуры является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом полярные гидрофобные радикалы аминокислот как бы вталкиваютя внутрь белковой молекулы, образуя там «сухие» зоны, в то время как полярные гидрофильные радикалы оказываются ориентированными в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекуы в целом и она стабилизируется. В такой форме белковая молекула характеризуется минимальной свободной энергией.

Третичную структуру имеют гемоглобин, пепсин, трипсин, хемотрипсин, карбонгидраза. Причём все свой –

свойства этих белков связаны с сохраностью их третичной стуктуры и поэтому называется нативной конформацией. Любые воздействия, приводящие к нарушению этой конформации сопровождается полной или частичной потерей белком биологических свойств.

4. ДЕНАТУРАЦИЯ. Под влиянием различных физических и химическх факторов белки подвергаются свёртыванию и выпадают в осадок, теряя свои нативные свойства. Денатурация – это изменение общего плана (конформации) уникальной структуры нативной молекулы белка, приводящее к потере биологических функций и физико- хмических свойств (растворимости).

Факторы, вызывающие денатурацию:

1. Температура (большинство белков денатурирует при нагревании до 60 градусов).

2. Ионизирующее излучение.

3. Химические факторы:

а) концентрированные кислоты и щёлочи;

б) водоотнимающие растворы;

в) тяжёлые металлы;

г) гемолитические яды.

МЕХАНИЗМ ДЕНАТУРАЦИИ.

В основе денатурации лежит освобождение энергии, которое возникает в результате разрушения связей (в основном водородных, дисульфидных). Пептидные связи не затрагиваются, поэтому первичная структура сохраняется. При этом происходит освобождение гидрофобных участков и понижается растворимость, так как гидрофобные участки взаимодействуют друг с другом. За счёт дополнительной энергии образуются случайные беспорядочные структуры. При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующего агента возможна РЕНАТУРАЦИЯ белка с полным восстановлением исходной структуры и нативных свойств.

ПРИЗНАКИ ДЕНАТУРАЦИИ:

1. снижение растворимости, особенно в ИЭТ, и вязкости белковых растворов;

2. освобждение функциональных СН - групп;

3. изменение характера рассеивания рентгеновских лучей;

4. снижение или потеря биологической активности (каталитической, антигенной, гормональной).

Состояние, близкое к денатурации, наблюдается при взаимодействии антитела с антигеном.

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, обморо –

жениях.

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА. ОЛИГОМЕРЫ. ПОЛИФЕРМЕНТНЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Под четвертичной структурой белка понимают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой (или разной) первичной, вторичной и третичной структурой, и формирование единого макромолекулярного образования в структурном и функциоанльном отношении.

Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, которая называется протомером, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при объединении с другими протомерами. Образовавшуюся при этом молекулу называют мультимером. Мультимерные белки чаще всего построены из чётного числа протомеров. Функционально активная часть мультимера называется субъеденицей.

В частности молекула белка глобина состоит из 2- а и 2-в субъедениц, каждая из которых состоит из двух одинаковых а- и в – полипептидных цепей соответственно. То есть молекула гемоглобина состоит из 4 –х

полипептидных цепей, каждая из которых окружает группу гема.

При определённых условиях (в присутствии мочевины) или при сдвиге рН молекула гемоглобина обратимо диссоциируют на 2 –а и 2-в полипептидных цепи. После удаления мочевины происходит автоматическая ассоциация исходной молекулы. Это возможно благодаря информации, заложенной в первичной структуре. То есть последовательность аминокислот содержит в себе информацию, которая реализуется на всех уровнях структурной организаци белка. Наиболее изученным мультемерным ферментом является ЛДГ, содержащий два типа полипептидных цепей: Н – сердечный и М - мышечный тип, и состоящий из 4-х субъединиц. Этот фермент, благодаря различным сочетанием субъедениц может существовать в 5- ти формах. Такие ферменты называются изоферментами.

ПЯТЫЙ УРОВЕНЬ организации представлен в виде ферментных комплексов, которые катализируют цепной и метаболический путь. Эти комплексы называются метаболонами, они чаще связаны с клеточными мембранами.

Стабильность четвертичной структуры обусловлена ковалентными связями между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по принципу комплементарности. Так, например, в гемоглобине каждая субъеденица имеет 4 контактные поверхности для связывания с гемом, 3 – для связывания с другими протомерами.

В последние 11 лет была сформулирована теория доменной структуры белка. Домен это функциональный модуль, рабочая поверхность отдельного белка. То есть белок – это полифункциональный модуль, состоящий из нескольких доменов. Было установлено, что белки выполняющие одну и ту же функцию, но выделенные из разных веществ, имеют сходное строение. Домены друг относительно друга могут смещаться благодаря “ гибкости” белковой молекулы. Смещение происходит под действием температуры, факторов внешней среды, фосфорилирования, метилирования, и это отражается на свойствах и функциях белка.

Изучение третичной структуры показало, что все белки делятся на 5 групп, принадлежность к которым определяется отношнием а – структуры и в-конформации:

  1. а-а-спираль

  2. в-в-спираль

3),4),5) – различные модификации а- спирали и в-конформации

Методом комплексного моделирования было установлено, что любой белок в физиологических условиях имеет свою конформацию, которая постоянно меняется с частотой 10, то есть белковая молекула пульсирует, дышит. Все уникальные способности белка возможны благодаря биоёмкости биосинтеза белка. Это лежит в основе продолжительности жизни белка.

5. Биологические функции и классификация белков.

Функции белков:

1.Каталтическая (обеспечивает поток вещества, энергии, информации: около 2500 ферментов являются

белками).

2. Транспортная (гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, альбумины, трансферин, церулоплазмин).

3. Трофическая (резервная: альбумины, белки мышц, козеин, избыток белка превращается в липиды и углеводы).

4. Сократительная (локомоторная: актин, миозин).

5. Пластическая (структурная: коллаген, кератин, эластин).

6. Регуляторная (гормоны, альбумины регулируют осмотическое давление, водно-солевой баланс).

7. Защитная (интерфферон, протромбин, фибриноген).

8. Рецепторная (белки являются рецепторами, с помощью которых происходит восприятие сигнала из внешней среды).

9. Энергетическая.

Кроме всего этого белок - это главный злемент регуляции наследственного материала, генератор энергетического топлива в организме.

Классификация.

Выделяют две группы белков:

  1. простые (протеины); построены только из аминокислот и при гидролизе распадаются только на аминокислоты: альбумины, гистоны, глобулины, проламины, протеиноиды;

  2. сложные (протеиды); состоят из простого белка и небелкового комплекса (протетической группы): фосфопротеиды, хромопротеиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды.

МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ В РАСТВОРАХ.

Биуретовый метод:

В пробирку вносят 0,05 мл сыворотки крови, а затем - 2,5 мл биуретового раствора. Осторожно перемешивают. Через 30 минут в кювете при зелёном светофильтре (540 нм). Концентрацию исследуемого раствора сравнивают с графиком концентрации белка. Нормальное содержание белка в сыворотке у взрослых 6,5% - 8,5%, у детей - 5,6%- 8,55%. Повышенное содержание белка (гиперпротеинемия) встречается редко (при ревматизме, плазмоцитозе). Пониженное содержание белка (гипопротеинемия) – при злокачественных опухолях, дистрофии.

Рефрактометрический метод:

В основе лежит не одинаковая способность различных сред преломлять проходящие через них лучи света. Отношение sin угла падения к sin угла преломления называется коэффициентом преломления. Попадатель преломления вычисляется при помощи рефрактометра и соответственно этому значению находится процент содержания белка в сыворотке по таблице.

6. Значение и специфичность действия ферментов.

Ферменты, или энзимы, представляют собой высокоспециализированный класс веществ белковой природы, используемых живыми организмами для осуществления многих тысяч взаимосвязанных химических реакций, включая синтез, распад и взаимопревращение веществ. В настоящее время получены неопровержимые докозательства белковой природы ферментов:

  1. Все ферменты действуют в мягких условиях: постоянная температура, постоянная рН, постоянная ионная сила, оптимальное соотношение субстратов, продуктов, модуляторов.

  2. Все ферменты являются ВМС и образуют растворы, которые обладают буферными свойствами.

  3. Способны к денатурации (необратимой) под воздействием тех же факторов, которые вызывают денатурацию белка. При этом ферменты полностью инактивируются.

  4. При гидролизе распадаются на аминокислоты.

  5. Обладают эффектом защиты (связывают ионы тяжёлых металлов).

  6. Ферменты, как и белки, обладают антигенной активностью и при парентеральном введении стимулируют образование антител.

  7. Имеют заряд, обладают электрофоретической подвижностью и амфотерными свойствами.

  8. Не способны к диализу через клеточные мембраны.

  9. Легко осаждаются из водных растворов методом фильтрования.

СПЕЦИФИЧНОСТЬДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ.

Высокая специфичность фермента обусловлена электростатической комплементарностью и уникальной структурой фермента, которое обеспечивает узнавание веществ. Имеются доказательства существования стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L - и D – форм или геометрических (цис – и транс -) изомеров.

Так известны оксидазы L - и D – форм. Если какое-либо соединение существует в форме цис- и транс - изомеров, то для каждой из этих форм существует свой фермент. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты ( транс-) , но не действует на цис- изомер – малеиновую кислоту .

Соседние файлы в предмете Биохимия