Биополимеры. Часть 1. Белки.

Строение белков 3

Аминокислотный состав белков. 3

α-Аминокислоты. 3

α-L-Аминокислоты 3

Радикалы аминокислот. 4

Реакция пептизации, пептидная связь, первичная структура белка. 7

Пептидная связь. 7

Первичная структура белка – последовательность соединения аминокислотных остатков в цепи. 7

Особенности пептидной связи. 8

Конформации пептидов. Карта Рамачандрана. Вторичная структура белка. 8

Конформационная карта Рамачандрана, или (ф, ψ)-карта, показывает, какие пары значений ф и ψ разрешены. 10

Основные регулярные вторичные структуры. 11

Спиральные регулярные структуры. 11

Складчато-листовые регулярные структуры – ß -слои (Полинг и Кори, 1951г) (стабильнае структуры). 12

Третичная и четвертичная структуры белка. 14

Взаимодействия радикалов. 14

Особенности третичной структуры глобулярных белков. 15

Внутренняя подвижность белков. 16

Биологические функции белков 16

Структурные белки. 17

Коллаген 17

Шелк 18

Кератин 18

Сократительные белки. 19

Общий обзор. 19

Необходимое повторение. 19

Повторите материал указанных тем из курса 9 класса, обратив особое внимание на выделенные разделы: 19

А. «Гистология. Мышечная ткань»: 19

1) Поперечнополосатая мышечная ткань: ультраструктура поперечнополосатых мышц, механизм мышечного сокращения, теория скользящих нитей, источники энергии. 2) Гладкие мышечная ткань. 3) Сердечная мышечная ткань. 19

Б. «Нервная система»: 19

1) Потенциал действия и его развитие. 2) Синаптическая передача. 19

Сократительными элементами клеток скелетной мышцы служат миофибриллы 19

Миофибриллы построены из повторяющихся ансамблей толстых и тонких филаментов 20

Сокращение – результат скольжении тонких и толстых филаментов друг относительно друга. 20

Молекулярная организация миофибрилл. 20

Архитектура миофибрилл. 20

Миозин и миозиновые (толстые) филаменты. 20

Миозин. 20

Миозиновые филаменты 21

Актин и актиновые (тонкие) филаменты. 22

Актин. 22

Актиновые филаменты 22

Молекулярные механизмы мышечного сокращения: 22

А. Электрохимическое преобразование: 22

Б. Хемомеханическое преобразование: 23

Особенности энергообеспечения мышечного сокращения. 24

У позвоночных есть три основных типа мышц 24

Сердечная мышца, подобно скелетным, выглядит исчерченной (поперечнополосатой). Это отражает весьма сходную организацию актиновых и миозиновых филаментов. Молекулярный механизм сокращения так же аналогичен. Однако клетки сердечной мышцы не являются многоядерными и соединены между собой конец в конец специальными вставочными дисками. Вставочные диски выполняют по крайней мере три функции: 24

Гладкомышечная ткань состоит из слоев удлиненных веретенообразных клеток, в каждой из которых одно ядро. В клетках есть и толстые, и тонкие филаменты, но они не организованы в столь упорядоченные структуры, как в скелетной мускулатуре и в сердце. В частности, они не образуют отдельных миофибрилл, хотя в основном они вытянуты вдоль длинной оси клетки, соприкасаясь под косым углом с плазматической мембраной в дисковидных контактах, соединяющих группы клеток вместе. 25

В немышечных клетках могут временно создаваться сократимые комплексы мышечного типа 25

Белки – ферменты (энзимы). 27

История изучения ферментов. 27

Общие принципы работы ферментов. 27

Активный центр и специфичность ферментов. 27

Активный центр фермента = субстратный + каталитический центры. 27

Специфичность действия ферментов. 28

Стадии и принципы ферментативного катализа. 28

Модель Михаэлиса-Ментен. 29

Молекулярные механизмы работы ферментов на примере лизоцима. 30

Структура лизоцима. Лизоцим из белка куриного яйца состоит из одной полипептидной цепи, насчитывающей 129 остатков и имеющей четыре дисульфидных мостика. Фермент может связываться с ингибиторами, химически сходными с полисахаридом клеточной стенки. С помощью рентгеноструктурного анализа Филлипсом и др. была определена пространственная структура белка как такового и белка, закристаллизованного вместе с ингибитором. Оказалось, что лизоцим состоит из двух доменов, образующих щель, в которой находится активный центр, способный связать гексосахарид, причем для связывания каждого из шести сахарных колец на ферменте имеется свой участок (эти участки обозначаются буквами А, В, С, D, Е и F). 30

Реакцию гидролиза можно подразделить на несколько этапов. 31

Регуляция ферментативных процессов. 31

На уровне биосинтеза белка-фермента 31

Индуцируемые и конститутивные ферменты. 31

Изозимы (изоферменты) 31

На уровне созревания белка-фермента 31

Зимогены – это неактивные предшественники ферментов. 31

Ковалентной модификацией называется ковалентное присоединение или отщепление от фермента небольшой химической группы, регулирующее его активность. С помощью таких модификаций обычно либо полностью неактивная форма фермента становится активной, либо, наоборот, полностью активный фермент инактивируется. Например, гликогенсинтетаза из клеток млекопитающих, превращающая глюкозу в гликоген, инактивируется после ковалентного присоединения фосфатной группы к боковой цепи одного из сериновых остатков и снова активируется при отщеплении фосфата. 31

На уровне регуляции активности фермента 31

Ингибирование по типу отрицательной обратной связи характерно для ферментных систем, в которых субстрат претерпевает несколько последовательных превращений, причем каждая реакция катализируется своим ферментом. 31

Кооперативные эффекты характерны для белков–мультимеров, в том числе и для ферментов. Если имеет место кооперативный эффект, то кинетические свойства фермента уже не описываются уравнением Михаэлиса-Ментен: график зависимости v от [S] в этом случае представляет собой S-образную кривую, а не гиперболу (справа). При этом небольшое увеличение концентрации субстрата будет приводить к значительному возрастанию скорости реакции. Для объяснения этого эффекта были предложены различные модели, из которых наиболее известны модели Моно, Уаймена и Шанжё (симметричная модель), а также Кошланда, Немети и Филмера (последовательная модель). 33

Аллостерическая регуляция (от греч. аллос – другой и стереос – тело, пространство) представляет собой эффект, наблюдаемый в тех случаях, когда небольшие молекулы (эффекторы), связываясь с ферментом не в области активного центра (с «аллостерическим центром»), изменяют скорость реакции. Подобная регуляция может быть гомотропной, когда молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата, и гетеротропной, когда сродство к субстрату изменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на молекулы субстрата. Гомотропные и гетеротропные регуляторы могут быть активаторами или ингибиторами. Аллостерический активатор, действующий на фермент, описываемый симметричной моделью, будет связываться предпочтительно с R-конформером, стабилизируя это состояние. В результате активатор будет увеличивать начальную концентрацию R-конформеров по сравнению с концентрацией Т-конформеров и, следовательно, увеличивать сродство фермента к своему субстрату (положительная кооперативность). Аллостерический ингибитор, наоборот, предпочтительно связывает и стабилизирует фермент, находящийся в Т-состоянии, вызывая уменьшение сродства фермента к субстрату (отрицательная кооперативность). 33

Действие ферментов зависит от температуры, реакции среды (pH) и других факторов. 33

Классификация и номенклатура ферментов. 33

Практическое значение ферментов. 34

34

Транспортные белки. 35

Общий обзор. 35

Глобины 35

Структура и работа глобинов. 36