Сложные белки

1. Хромопротеины состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента.

1.1. Гемопротеины (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза) содержат железопорфирины и различаются по составу и структуре белка.

1.1.1. Строение гемоглобина.

Небелковый компонент – гем. В его основе лежит протопорфирин IX. В центре гема расположен атом железа, связанный с двумя атомами азота ковалентными и с двумя другими - координационными связями. Железо соединяется с атомом азота имидазольной группы гистидина белковой молекулы пятой координационной связью. Шестая координационная связь железа предназначена для присоединения кислорода или других лигандов.

Гем «обернут» одной полипептидной цепью. В молекуле гемоглобина взрослого человека НbА содержатся четыре полипептидные цепи, которые вместе составляют белковую часть молекулы – глобин. Две α-цепи содержат по 141 аминокислотному остатку, две β-цепи - по 146.

Фетальный гемоглобин (гемоглобин новорожденных) HbF состоит из 2 α- и 2 γ-цепей. Он обладает повышенным сродством к кислороду. Кровь новорожденного содержит до 80% HbF, к концу 1-го года жизни он почти целиком заменяется на НbА.

1.1.2. Болезни гемоглобинов - гемоглобинозы.

Гемоглобинопатии - наследственное изменение структуры какой-либо цепи нормального гемоглобина. В крови человека открыто около 150 типов мутантных гемоглобинов.

Пример гемоглобинопатии - серповидно-клеточная анемия, распространенная в странах Южной Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. Глутаминовая кислота в 6-м положении с N-конца заменена на валин в β-цепях молекулы гемоглобина HbS. Это результат мутации в молекуле ДНК. У HbS снижены растворимость и сродство к кислороду. Эритроциты в условиях низкого парциального давления кислорода принимают форму серпа. HbS после отдачи кислорода превращается в плохо растворимую дезоксиформу и выпадает в осадок в виде веретенообразных кристаллов. Они деформируют клетку и приводят к гемолизу. У гомозиготных особей с первых месяцев жизни развивается тяжелая форма серповидно-клеточной анемии. Болезнь протекает остро, дети часто умирают в раннем возрасте.

Талассемии - наследственное нарушение синтеза одной из цепей глобина. Различают α- и β-талассемии. Гемоглобинопатия Н (вариант -талассемии) проявляется гемолитической анемией, выпадением в осадок гемоглобина Н, увеличением селезенки, костными изменениями.

Железодефицитные анемии - нарушение синтеза гемоглобина из-за недостатка железа. Причины - кровопотери и недостаток богатой гемом пищи (мясо, рыба).

Производные гемоглобина

Оксигемоглобин HbO₂. Молекулярный кислород присоединяется к каждому гему Hb при помощи координационных связей железа. Присоединение каждой молекулы кислорода облегчает присоединение последующей. Эта аллостерическая зависимость называется эффект Бора. Оксигемоглобин, попадая в ткани, теряет кислород, становясь дезоксигемоглобином.

Карбгемоглобин HbCO₂ - соединение гемоглобина с углекислым газом. Он нестоек, диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО₂.

Карбоксигемоглобин HbCO - продукт присоединения оксида углерода CO к гемоглобину. Гемоглобин имеет высокое сродство к СО и прочно с ним связывается, теряя способность связывать кислород. Наступает смерть от удушья.

Метгемоглобин MtHb - железо гема находится в трёхвалентном состоянии. Не способен переносить кислород. Образуется в организме - при некоторых отравлениях.

Метгемоглобинемия - появление в крови метгемоглобина. Выделяют наследственные и приобретенные метгемоглобинемии. Наследственные развиваются при наличии аномальных гемоглобинов. Среди приобретенных могут быть токсические метгемоглобинемии экзогенного происхождения, (воздействие нитратов, нитриты, анилина и т.д.), и эндогенного происхождения (нарушение продукции и всасывания нитратов при энтероколитах). При значительной метгемоглобинемии возникает кислородное голодание (гипоксия).

1.1.3. Миоглобин - глобулярный белок, запасающий в мышцах молекулярный кислород и передающий его окислительным системам клеток. Состоит из одной полипептидной цепи. Активным центром молекулы, связывающим O₂, является гем.

1.2. Флавопротеины – простетические группы представлены флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз, катализирующих окислительно-восстановительные реакции в клетке.

2. Липопротеины состоят из белка и простетической группы, представленной липидом (нейтральные жиры, свободные жирные кислоты, фосфолипиды, холестериды). Представители - белок ткани легких, липовителлин желтка куриного яйца и т.д.

Липопротеины присутствуют в свободном состоянии (в основном в плазме крови). Липопротеины сыворотки крови содержат гидрофобное липидное ядро, окруженное полярными липидами и оболочкой из белков, называемых апобелки. Они обеспечивают транспорт водонерастворимых липидов.

Липиды, ковалентно связанные с белком, служат якорем, с помощью которого белки прикрепляются к мембране. Это структурированные липопротеины (липиды мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон).

3. Фосфопротеины (казеиноген молока). Небелковый компонент - фосфорная кислота, присоединенная к полипептидной цепи сложноэфирной связью через остатки серина или треонина.

Большое количество фосфопротеинов содержится в клетках ЦНС.

Фосфопротеины - источник энергетического и пластического материала в процессе эмбриогенеза и постнатального развития организма, участвуют в регуляции ядерной активности клетки, транспорте ионов и окислительных процессах в митохондриях.

4. Гликопротеины содержат линейные или разветвленные гетероолигосахаридные цепи (от 2 до 15 остатков гексоз, пентоз) и конечный углевод (N-ацетилгалактозамин или др.). Углеводный компонент соединяется с белком ковалентными связями.

Гликопротеины - белки плазмы крови (кроме альбуминов), некоторые ферменты, муцин слюны, белки хрящевой и костной тканей. Гликопротеины - важный структурный компонент клеточных мембран: обеспечивают клеточную адгезию, молекулярное и клеточное узнавание. Углеводные компоненты повышают стабильность молекулы к химическим и физическим воздействиям, предохраняют ее от действия протеиназ.

Гликопротеины мембран эритроцитов предопределяют группу крови у человека. Типичным гликопротеины - интерфероны, иммуноглобулины.

Интерфероны - ингибиторы размножения многих вирусов. Образуются в клетке в ответ на внедрение вирусной нуклеиновой кислоты. Интерфероны считаются основными защитными белками против вирусной инфекции и при опухолевых поражениях.

Иммуноглобулины, или антитела, выполняют защитную функцию, обезвреживая поступающие в организм чужеродные вещества - антигены.

Протеогликаны - комплексы белка и гликозаминогликанов. Углевод составляет основную часть молекулы (до 95 %). Гликозаминогликаны - гиалуроновая кислота (ее основная функция - в соединительной ткани - связывание воды) и гепарин, участвующий в регуляции свертывания крови.

5. Металлопротеины помимо белка содержат ионы одного металла или нескольких металлов.

5.1. Белки, содержащие негемовое железо.

Ферритин (около 20% железа) сосредоточен в селезенке, печени, костном мозге. Выполняет роль депо железа в организме.

Трансферрин сыворотки крови (около 0,13% железа) транспортирует ионы железа в ретикулоциты, в которых осуществляется биосинтез гемоглобина.

5.2. Металлоферменты обладают ферментативной активностью и содержат катионы металлов. В металлоферментах связь белка с металлом более прочная.