белки. 1. Белковые молекулы как основа жизни. Биологические функции белков
 Скачать 39.46 Kb.
|
|
23. АКТИВНЫЙ ЦЕНТР БЕЛКА И СПЕЦИФИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕЛКА С ЛИГАНДОМ Информация, записанная в линейной последовательности аминокислотных остатков в пептидной цепи, воспроизводится в пространственную структуру. 1. Центр связывания белка с лигандом, или активный центр. На поверхности глобулы образуется участок, который может присоединять к себе другие молекулы, называемые лигандами. Центр связывания с лигандом, или активный центр, формируется из радикалов аминокислотных остатков, сближенных на уровне третичной структуры. В линейной пептидной цепи они могут находиться на расстоянии, значительно удаленном друг от друга. 2. Белки проявляют высокую специфичность (избирательность) при взаимодействии с лигандом. 3. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра структуре лиганда. Комп-лементарность — это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. 4. В основе функционирования белков лежит их специфическое взаимодействие с лигандами. 50 000 индивидуальных белков, содержащих уникальные первичные структуры, формируют уникальные активные центры, способные связываться только со специфическими лигандами и благодаря особенностям строения активного центра проявлять свойственные им функции. Можно сказать, что в первичной структуре содержится информация о функции белков. Миоглобин (Mb) - белок, находящийся в красных мышцах. Участвует в создании запасов 02. Содержит белковую часть — апоМЬ и небелковую часть — гем. Первичная структура апоМЬ представлена последовательностью из 153 аминокислот. Вторичная структура содержит 8 ос-спиралей (называемых латинскими буквами от А до Н), содержащих от 7 до 23 аминокислот. Третичная структура имеет вид компактной глобулы, образованной за счет петель и поворотов в области не-спирализованных участков белка. Внутренняя часть молекулы почти целиком состоит из гидрофобных радикалов, за исключением 2 остатков Гис, располагающихся в активном центре. Гем — специфический лиганд апоМЬ. Он взаимодействует с апоМЬ в углублении между 2 спиралями F и Е. Гидрофобные пиррольные кольца гема окружены гидрофобными радикалами апоМЬ, в частности Три39 и Фен ] 38- В активный центр Mb входят также 2 остатка Гис: Гис^ и Гис93. Гис93 необходим для образования координационной связи с атомом Fe2+ гема. Другой Гис64 необходим для правильной ориентации другого лиганда - 02 при взаимодействии его с Fe2+ гема. Микроокружение гема создает условия для обратимого связывания 02 с Fe2+ и препятствует его окислению в Fe3+. 24. Комплиментарность структуры центра связывания белка структуре лиганда. Типы природных лигандов и особенности их взаимодействия с белками. 25. Способность белков к образованию надмолекулярных комплексов, принцип образования, значение. Белки в природе не изолированы от остальных компонентов живой материи и, как правило, функционируют в составе тех или иных надмолекулярных ансамблей, которые являются основой молекулярной организации биологических систем. Надмолекулярные структуры играют важную роль во многих биохимических процессах (фолдинг белков, транспорт, биосинтез) 26. Многообразие белков в природе. Классификация белков по биологическим функциям. Белки выполняют в клетках множество биологических функций. По признаку сходства выполняемых белками функций их можно разделить на следующие большие группы: -ферменты -регуляторные белки -рецепторные белки -транспортные белки -структурные белки -защитные белки -сократительные белки 27. Общие принципы классификации белков, белки глобулярные и фибриллярные, их характеристика. Существует несколько классификаций белков. В основе их лежат разные принципы: по степени сложности (простые и сложные); по форме молекул (глобулярные и фибриллярные белки); по растворимости в отдельных растворителях (водорастворимые, растворимые в слабых солевых растворах - альбумины, спирторастворимые - проламины, растворимые в щелочах - глютелины), по выполняемым ими функциям, например запасные белки, скелетные и т. д. По химическому составу белки делятся на 2 класса – простые (при гидролизе распадаются только на аминокислоты), сложные (при гидролизе дают не только аминокислоты, но и другие структуры – простетические группы). Простые белки по растворимости и пространственному строению разделяют на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные имеют шарообразную форму молекулы, растворимы в воде и солевых растворах. К этой группе относятся все ферменты и большинство других БАБ, исключая структурные. Среди глобулярных белков можно выделить альбумины, глобулины, протамины и гистоны. Фибриллярные белки характеризуются волокнистой структурой, делятся на растворимые и нерастворимые. К первой подгруппе относятся миозин, актин, фибриноген, ко второй – склеропротеины (протеноиды – кератины, эластины, коллагены). Сложные белки – НП, МП, ГП, ФП, ХП, ЛП. Такое деление белков условно, поскольку многие простые белки также содержат небелковый компонент. 28. Классификация белков по химическому составу. Понятие о гомо- и гетеро- протеинах. Главные классы простых белков. Краткая характеристика. Простые белки — белки, которые построены из остатков α-аминокислот и при гидролизе распадаются только на аминокислоты. Простые белки по растворимости в воде и солевых растворах условно подразделяются на несколько групп: протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины. До 80-х годов XX века в научной литературе на русском языке простые белки часто обозначались термином «протеины». Простые белки по растворимости и пространственному строению разделяют на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки отличаются шарообразной формой молекулы (эллипсоид вращения), растворимы в воде и в разбавленных солевых растворах. Хорошая растворимость объясняется локализацией на поверхности глобулы заряженных аминокислотных остатков, окруженных гидратной оболочкой, что обеспечивает хороший контакт с растворителем. К этой группе относятся все ферменты и большинство других биологически активных белков, исключая структурные. Среди глобулярных белков можно выделить: альбумины — растворимы в воде в широком интервале рН (от 4 до 8,5), осаждаются 70-100%-ным раствором сульфата аммония; полифункциональные глобулины с большей молекулярной массой, труднее растворимы в воде, растворимы в солевых растворах, часто содержат углеводную часть; гистоны — низкомолекулярные белки с высоким содержанием в молекуле остатков аргинина и лизина, что обусловливает их основные свойства; протамины отличаются еще более высоким содержанием аргинина (до 85 %), как и гистоны, образуют устойчивые ассоциаты с нуклеиновыми кислотами, выступают как регуляторные и репрессорные белки — составная часть нуклеопротеинов; проламины характеризуются высоким содержанием глутаминовой кислоты (30-45 %) и пролина (до 15 %), нерастворимы в воде, растворяются в 50-90 % этаноле; глутелины содержат около 45 % глутаминовой кислоты, как и проламины, чаще содержатся в белках злаков. Фибриллярные белки характеризуются волокнистой структурой, практически нерастворимы в воде и солевых растворах. Полипептидные цепи в молекулах расположены параллельно одна другой. Участвуют в образовании структурных элементов соединительной ткани (коллагены, кератины, эластины"). 29. Альбумины и глобулины, краткая характеристика Альбумины и глобулины - групповое название белков, высаливающихся при разном насыщении нейтральными солями (сульфатом аммония или натрия). При 50%-ном насыщении раствора соли выпадают в осадок глобулины, а при полном (100%-ном) насыщении - альбумины. Альбумины и глобулины содержатся в плазме крови, в клетках и биологических жидкостях организма. Каждая из этих двух групп белков настолько разнородна, что среди них имеются белки с самыми разнообразными функциями. Альбумины - белки относительно небольшой молекулярной массы (15-70 тыс.); они имеют избыточный отрицательный заряд и кислые свойства (изоэлектрическая точка 4,7) из-за большого содержания глутаминовой кислоты. Это сильно гидратированные белки, поэтому они осаждаются только при большой концентрации водоотнимающих веществ. Характерным свойством альбуминов является высокая адсорбционная способность. Они адсорбируют полярные и неполярные молекулы. Благодаря высокой неспецифической адсорбции различных веществ альбумины плазмы крови играют физиологически важную транспортную роль. Глобулины - белки с большей, чем альбумины, молекулярной массой (свыше 100000). В отличие от альбуминов они нерастворимы в чистой воде; растворимы в слабых солевых растворах. Глобулины - слабокислые или нейтральные белки (изоэлектрическая точка лежит в интервале рН 6-7,3); содержат меньше, чем альбумины, кислых аминокислот. Это слабогидратированные белки, поэтому и осаждаются они в менее концентрированных растворах сульфата аммония. Некоторые из глобулинов обладают способностью к специфическому связыванию веществ (специфические переносчики), другие, как и альбумины, к неспецифическому связыванию липидорастворимых веществ. 30. Коллагеновые белки. Особенности аминокислотного состава, строения, пространственной организации и функций коллагеновых белков. Коллагены - семейство родственных фибриллярных белков, секретируемых клетками соединительной ткани. Молекулы коллагены состоят из трех полипептидных цепей, называемых а-цепями. Первичная структура а-цепей коллагены необычна, так как каждая третья аминокислота в полипептидной цепи представлена глицином, около 1/4 аминокислотных остатков составляют пролин или 4-гидроксипролин, около 11% - аланин. В коллагены отсутствуют такие аминокислоты, как цистеин и триптофан, а гистилин, метионин и тирозин находятся лишь в очень небольшом количестве. В составе первичной структуры а-цепи коллагена содержатся также модифицированные аминокислоты - гидроксилизин и гидроксипролин. Полипептидную цепь коллагена модно представить как последовательность триплетов Гли-Х-Y, где Х и Y могут быть любыми аминокислотами, но чаще в положении Х стоит пролин, а в положении Y - гидроксипролин или гидроксилизин. Каждая из этих аминокислот имеет большое значение для формирования коллагеновых фибрилл. 31. Сложные белки. Определение, классификация по простетической группе. Типы связей. Многие белки, кроме полипептидных цепей, содержать в своем составе не белковую часть, присоединенную к белку слабыми или ковалентными связями. Небелковая часть может быть представлена ионами металлов, какими-либо органическими молекулами с низкой или высокой молекулярной массой. Такие белки называют "сложные белки". Прочно связанная с белком небелковая часть носит название простетической группы. Классификация: -гемопротеины (гем) -фосфопротеины (фосфорная кислота) -гликопротеины (углеводные остатки) -липопротеины (липиды) -металлопротеины (металлы) 32. Классификация белков по семействам. Иммуноглобулины, особенности строения, избирательность взаимодействия с антигеном. Понятие об антигенсвязывающих участках иммуноглобулинов, их многообразие. Классификация белков по семействам: 1-семейство сериновых протеаз 2-семейство иммуноглобулинов 3-семейство Т-клеточных антигенраспознющих рецепторов Иммуноглобулины, или антитела, - специфических белки, вырабатываемые В-лимфоцитами в ответ на попадание в организм чужеродных структур, называемых антигенами. Все иммуноглобулины характеризуются общим планом строения, который мы рассмотрим на примере строения IgG. Молекула IgG состоит из четырех полипептидных цепей: двух идентичных легких, содержащих около 220 аминокислотных остатков, и двух тяжелый, состоящих из 440 аминокислот каждая. Все 4 цепи соединены друг с другом множеством нековалентных и четырьмя дисульфидными связями. Поэтому молекулу IgG относят к мономерам. Антигенсвязывающие участки , или активные центры антител , формируются взаимодействием VH-домена и VL-домена цепей иммуноглобулина. Поэтому изменения в последовательности аминокислотных остатков этих доменов определяют специфичность антител . 33. Классы иммуноглобулинов, особенности строения каждого класса, биологические функции. Существует пять классов иммуноглобулинов у человека. 1. Иммуноглобулины G – это мономеры, включающие в себя четыре субкласса (IgG1; IgG2; IgG3; IgG4), которые отличаются друг от друга по аминокислотному составу и антигенным свойствам. Антитела субклассов IgG1 и IgG4 специфически связываются через Fc-фрагменты с возбудителем (иммунное опсонирование), а благодаря Fc-фрагментам взаимодействуют с Fc-рецепторами фагоцитов, способствуя фагоцитозу возбудителя. IgG4 участвует в аллергических реакциях и неспособен фиксировать комплемент. Свойства иммуноглобулинов G: 1) играют основополагающую роль в гуморальном иммунитете при инфекционных заболеваниях; 2) проникают через плаценту и формируют антиинфекционный иммунитет у новорожденных; 3) способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент, участвовать в реакции преципитации. 2. Иммуноглобулины М включают в себя два субкласса: IgM1 и IgM2. Свойства иммуноглобулинов М: 1) не проникают через плаценту; 2) появляются у плода и участвуют в антиинфекционной защите; 3) способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент; 4) играют важную роль в элиминации возбудителя из кровеносного русла, активации фагоцитоза; 5) образуются на ранних сроках инфекционного процесса; 6) отличаются высокой активностью в реакциях агглютинации, лизиса и связывания эндотоксинов грамотрицательных бактерий. 3. Иммуноглобулины А – это секреторные иммуноглобулины, включающие в себя два субкласса: IgA1 и IgA2. В состав IgA входит секреторный компонент, состоящий из нескольких полипептидов, который повышает устойчивость IgA к действию ферментов. Свойства иммуноглобулинов А: 1) содержатся в молоке, молозиве, слюне, слезном, бронхиальном и желудочно-кишечном секрете, желчи, моче; 2) участвуют в местном иммунитете; 3) препятствуют прикреплению бактерий к слизистой; 4) нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и комплемент. 4. Иммуноглобулины Е – это мономеры, содержание которых в сыворотке крови ничтожно мало. К этому классу относится основная масса аллергических антител – реагинов. Уровень IgE значительно повышается у людей, страдающих аллергией и зараженных гельминтами. IgE связывается с Fc-рецепторами тучных клеток и базофилов. Свойства иммуноглобулинов Е: при контакте с аллергеном образуются мостики, что сопровождается выделением БАВ, вызывающих аллергические реакции немедленного типа. 5. Иммуноглобулины D – это мономеры. Функционируют в основном в качестве мембранных рецепторов для антигена. Плазматические клетки, секретирующие IgD, локализуются преимущественно в миндалинах и аденоидной ткани. Свойства иммуноглобулинов D: 1) участвуют в развитии местного иммунитета; 2) обладают антивирусной активностью; 3) активируют комплемент (в редких случаях); 4) участвуют в дифференцировке В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа; 5) участвуют в аутоиммунных процессах. 34. Индивидуальные особенности белкового состава органов и тканей. Многообразие структурно и функционально различных белков. Примеры. 35. Изменения белкового состава органов и тканей в онтогенезе и при болезнях. Примеры. 36. Методы количественного измерения концентрации белков: прямые и непрямые. 37. Колориметрия как метод измерения концентрации белков. Принцип работы электрофотоколориметра. Колориметрические методы определения общего белка основаны на цветных реакциях белков с хромоген-образующими реактивами или на неспецифическом связывании красителя. Среди колориметрических методов определения концентрации общего белка сыворотки наиболее распространенным считается биуретовый метод, основанный на "цветной реакции", в ходе которой белки реагируют в щелочной среде с сульфатом меди с образованием соединений, окрашенных в фиолетовый цвет. Интенсивность окраски зависит от концентрации общего белка в сыворотке. 38. Понятие о рефрактометрии, принцип метода. Принцип рефрактометрического метода определения общего белка сыворотки состоит в определении изменения угла преломления светового луча в зависимости от концентрации растворенного в жидкости белка. 39. Методы выделения индивидуальных белков из смесей: фракционирование солями щелочных и щелочноземельных металлов и органическими растворителями. 40. Хроматография как метод разделения смесей. Типы хроматографии. Хроматография - процесс разделения веществ, находящихся в смеси или растворе, на составляющие компоненты в системе двух фаз, одна из которых неподвижна, а другая перемещаться относительно первой. Типы хроматографии: -адсорбционная -распределительная -ионообменная -осадочная -диффузионная -аффинная. 41. Распределительная хроматография, принцип, механизм распределения, биологическое значение. Разделение смеси аминокислот методом распределительной хроматографии на бумаге используют для определения аминокислотного состава белка, для качественного и количественного определения аминокислот в биологических жидкостях и тканях. Этот метод позволяет выделить отдельные вещества из небольшого количества сложной смеси. Проводят на бумаге в чашке Петри. Растворитель перемещается от центра к периферии и захватывает аминокислоты, которые распределяются концентрическими кругами и обнаруживаются после высушивания бумаги и проведения нингидриновой реакции. |