Белки и аминокислоты МГМСУ. Аминокислоты,белки. Аминокислоты аминокислоты
 Скачать 3.29 Mb.
|
|
АМИНОКИСЛОТЫ Аминокислоты – это строительные блоки макромолекул – белков. Построению они являются органическими карбоновыми кислотами, у которых, как минимум, один атом водорода замещен на аминогруппу. КЛАССИФИКАЦИЯ. По абсолютной конфигурации молекулы- и формы. Различия связаны со взаимным расположением четырех замещающих групп, находящихся в вершинах воображаемого тетраэдра. Как известно, тетраэдр – это довольно жесткая структура, в которой невозможно произвольным образом передвинуть вершины. Точно также для молекул, построенных на основе атома углерода. За эталон конфигурации принята структура молекулы глицеральдегида, установленная с помощью рентгеноструктурного анализа. Принято, что в качестве маркера используют наиболее сильно окисленный атом углерода, связанный с асимметричным атомом углерода (на схемах его располагают сверху. Таким атомом в молекуле глицеральдегида служит альдегидная группа, для аланина маркерной является СООН-группа. Атом водорода располагают также, как в глицеральдегиде. В дентине, белке зубной эмали, скорость рацемизации L-аспартата равна 0,10% в год. При формировании зуба у детей используется только L-аспартат. Это позволяет определять возраст долгожителей в сомнительных случаях. Для ископаемых останков наряду с радиоизотопным методом также используют определение рацемизации аминокислот в белке. В белке любого организма содержится только один изомер, для млекопитающих это аминокислоты. Однако оптические изомеры претерпевают самопроизвольную неферментативную рацемизацию, те. форма переходит в форму. Это обстоятельство используется для определения возраста ткани. 2. В зависимости от положения аминогруппы Выделяют α, β, γ и другие аминокислоты. Для организма млекопитающих наиболее характерны -аминокислоты. 3. По оптической активности – право- и левовращающие. Наличие ассиметричного атома С (хирального центра) делает возможным только два расположения химических групп вокруг него. Это приводит к особому отличию веществ друг от друга, а именно – изменению направления вращения плоскости поляризации поляризованного света, проходящего через раствор. Величину угла поворота определяют при помощи поляриметра. В соответствии с углом поворота выделяют правовращающие (+) и левовращающие (–) изомеры. Деление на L- и формы не соответствует делению направо- и левовращающие. Для одних аминокислот формы (или формы) являются правовращающими, для других – левовращающими. Например, аланин – правовращающий, а фенилаланин – левовращающий. При смешивании L- и форм одной аминокислоты образуется рацемическая смесь, не обладающая оптической активностью. 4. Для медиков наиболее интересна классификация по участию аминокислот в синтезе белков протеиногенные (20 АК) и непротеиногенные (около 40 АК). Протеиногенные аминокислоты подразделяют • Построению бокового радикала – неполярные (алифатические, ароматические) и полярные (незаряженные, отрицательно и положительно заряженные По кислотно-основным свойствам – электрохимическая. Подразделяют нейтральные (большинство, кислые (Асп, Глу) и основные (Лиз, Арг, Гис) аминокислоты. • По необходимости для организма (физиологическая классификация) – незаменимые (Лей, Иле, Вал, Фен, Три, Тре, Лиз, Мети заменимые. Две аминокислоты являются условно незаменимыми (Арг. Гис) Кроме указанных, существуют и другие аминокислоты, обнаруживаемые в составе белков. В процессе синтеза белков они не участвуют, а синтезируются из про- теиногенных аминокислот, уже находящихся в составе белковой цепи. Это нестандартные аминокислоты ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ. Являются амфотерными электролитами, Аминокислоты сочетают в себе свойства и кислот и оснований. Соответственно, вводном растворе аминокислоты ведут себя как кислоты – доноры протонов и как основания – акцепторы протонов. Если общий заряд аминокислоты равен 0, то это ее состояние называют изоэлектрическим. Величина рН, при которой заряд аминокислоты равен 0, называется изоэлектрической точкой (pI). • р большинства аминокислот располагается в диапазоне рН от 5,5 (Фен) до 6,3 (Про. • р кислых аминокислот – рI Глу 3,2, рI Асп 2,8 • р основных аминокислот – рI Гис 7,6, рI Арг 10,8, рI Лиз 9,7 р гистидина позволяет ему использоваться в буферной системе гемоглобина, в котором он содержится в большом количестве. Гемоглобин легко принимает и легко отдает протоны водорода при малейших сдвигах физиологической рН крови ( в норме 7,35-7,45). 2. Заряд аминокислот зависит от величины рН среды. Отправным пунктом для понимания причин появления заряда у аминокислот является величина изоэлектрической точки. Ситуация различается для нейтральных, кислых и основных аминокислот. Для нейтральных аминокислот Для кислых аминокислот Для основных аминокислот БЕЛКИ СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ Аминокислоты способны соединяться между собой связями, которые называются пептидными, при этом образуется полимерная молекула. Если количество аминокислот не превышает 10, то соединение называется пептид если от 10 до 40 аминокислот – полипептид, если более 40 аминокислот – белок. Пептидная связь — это связь между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты. При необходимости назвать пептид ко всем названиям аминокислот добавляют суффикс ил, только последняя аминокислота сохраняет свое название неизменным. Например, аланил-серил-триптофан или γ -глутаминил-цистеинил- глицин, по-другому называемый глутатион. СВОЙСТВА ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ. Копланарность Все атомы, входящие в пептидную группу находятся водной плоскости, при этом атомы Ни О расположены по разные стороны от пептидной связи, 2. Транс-положение заместителей (радикалов) аминокислот по отношению к C-N связи, 3. Наличие кето- и енольной форм. 4. Способность к образованию двух водородных связей с другими группами, 5. Пептидная связь имеет частично характер двойной связи. В результате она является жесткой структурой и вращение вокруг нее затруднено. Но, благодаря тому, что кроме пептидной в белке есть и другие связи, цепочка аминокислот способна вращаться вокруг основной оси, что придает белкам различную конформацию (пространственное расположение атомов. ФУНКЦИИ БЕЛКОВ. Структурная • в соединительной ткани – коллаген, эластин, кератин • построение мембран и формирование цитоскелета (интегральные, полуин- тегральные и поверхностные белки) – спектрин, гликофорин. • построение органелл – рибосомы 2. Ферментативная – Практически все ферменты являются белками. Хотя в последнее время обнаружили существование рибозимов, те. РНК, обладающих каталитической активностью. Гормональная Регуляция и согласование обмена веществ в разных клетках организма – инсулин, гормон роста. 4. Рецепторная. Избирательное связывание гормонов, медиаторов. 5. Транспортная Перенос веществ в крови (липопротеины, гемоглобин, трансферрин) или через мембраны (Na+,К+-АТФаза, Сф2+-АТФаза) 6. Пищевая и резервная – яичный альбумин, казеин молока. 7. Защитная – иммуноглобулины, белки свертывания крови. Существуют белки, которые являются предметом особого изучения Монеллин – выделен из африканского растения, обладает очень сладким вкусом, нетоксичен и не способствует ожирению Резилин – почти идеальная эластичность, составляет шарниры" в местах прикрепления крыльев насекомых Белки со свойствами антифриза – обнаружены у антарктических рыб, предохраняют кровь от замерзания УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКОВ ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА bЭто последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Учитывая, что в синтезе белов принимает участие 20 аминокислот можно сказать о невообразимом количестве возможных белков. Например, 2 аминокислоты (аланин и серин) образуют 2 пептида Ала-Сер и Сер-Ала; 3 аминокислоты дадут уже 6 вариантов три- пептида; 20 аминокислот – 1018 различных пептидов длиной всего 20 аминокислот (при условии, что каждая аминокислота используется только один раз. У человека обнаружено около 100 тысяч различных белков. Первичная структура белков задается последовательностью нуклеотидов в ДНК. Выпадение, вставка, замена нуклеотида приводит к изменению аминокислотного состава и, следовательно, структуры синтезируемого белка. Например, при серповидноклеточной анемии в 6 положении цепи гемоглобина происходит замена Глу на Вал. Это приводит к синтезу Hb S - такого гемоглобина, который в дезоксиформе полиме- ризуется и образует кристаллы. В результате эритроциты деформируются, приобретают форму серпа (банана, теряют эластичность и при прохождении через капилляры разрушаются. Это в итоге приводит к анемии, снижению оксигенации тканей и их некрозу. Если изменение последовательности аминокислот носит не летальный характера приспособительный или хотя бы нейтральный, то такой белок может передаться по наследству и остаться в популяции. В результате возникают новые белки и новые качества организма. такое явление называется полиморфизм. Например, возникновение групп крови АВ0 связано стремя вариантами белка, осуществляющего присоединение к олигосахариду мембран эритроцитов либо N-ацетилгалактозы (группа А, либо галактозы (группа В, либо белок вообще не имеет ферментативной активности (группа 0). Последовательность и соотношение аминокислот в первичной структуре определяет формирование вторичной, третичной и четвертичной структур. ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА bЭто способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру, при которой взаимодействуют близко расположенные вдоль цепи аминокислоты. Формирование вторичной структуры вызвано стремлением пептида принять конформацию с наибольшим количеством водородных связей между группами. Вторичную структуру определяет устойчивость пептидной связи • подвижность С-С связи • размер радикала. Они вкупе с аминокислотной последовательностью приводят к строго определенной конфигурации белка. Можно выделять два возможных варианта вторичной структуры спираль и b- складчатый слой. спираль Правозакрученная спираль, образуется при помощи водородных связей между пептидными группами каждого 1 и 4 аминокислотных остатков. Формированию спирали препятствуют пролин и гидрооксипро- лин, которые обуславливают перелом цепи, ее резкий изгиб Высота витка составляет 0,54 нм и соответствует 3,6 аминокислотных остатков, 5 витков соответствуют 18 аминокислотами занимают 2,7 нм. структура В этом способе укладки белка полипептидная цепь вытянута, ее пептидная группа взаимодействует с отдаленными участками той же цепи, или же с другими цепями (числом от 2 до 5). Ориентация цепей может быть параллельна или антипараллельна. Водном белке, как правило, присутствует и спираль и структура складчатый слой. В глобулярных белках преобладает спираль, в фибриллярных – структура ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА bЭто взаимная укладка областей и отдельных аминокислотных остатков по- липептидной цепи. Четкой границы между вторичной и третичной структурами провести нельзя, однако под третичной структурой понимают стерические взаимосвязи между аминокислотами, отстоящими далеко друг от друга вцепи. Благодаря третичной структуре происходит еще более компактное формирование цепи. Наряду с спиралью и структурой в третичной структуре обнаруживается так называемая неупорядоченная конформация, которая может занимать значительную часть молекулы. В разных белках наблюдается разное соотношение типов структур. Например, инсулин содержит 52% спирали и 6% структуры. Трипсин содержит 14% спирали и 45% структуры. В формировании третичной структуры принимают участие различные связи 1. В основном • водородные • ван-дер-ваальсовы 2. Как дополнительные, ноне менее значимые • дисульфидные • псевдопептидные • ионные ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА bЕсли белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными (не пептидными и не дисульфидными) связями, то говорят, что они обладают четвертичной структурой. Такие агрегаты стабилизируются водородными связями и электростатическими взаимодействиями между остатками аминокислот, находящихся на поверхности глобулы. Подобные белки называются олигомерами, а их индивидуальные цепи – про- томерами (мономерами, субъединицами. Если белки содержат 2 протомера, то они называются димерами, если 4, то тетрамерами и т.д. Например Гемоглобин - белок эритроцитов, переносящий кислород, состоит из 4 субъединиц - 2 альфа и 2 бета в гемоглобине взрослых, 2 альфа и 2 гамма в фетальном гемоглобине. Лактатдегидрогеназа - фермент, принимающий активное участие в энергетике иышечного сокращения, также включает 4 субъединицы - Ни М (muscle) в разных сочетаниях Н, НМ, НМ, НМ, М. Всего 5 изоферментов 9 Креатинфосфокиназа - фермент, участвующий в регенерации АТФ при мышечном сокращении, состоит из 2 субъединиц - В (brain) и М (muscle) в разных сочетаниях ВВ, ВМ, ММ.Всего 3 изофермен- та. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ А ПО ФУНКЦИИ bСм выше "Функции белков" Б ПОСТРОЕНИЮ. По форме молекулы Глобулярные – соотношение продольной и поперечной осей составляет <10 ив большинстве случаев не более 3-4. Они характеризуются компактной укладкой полипептидных цепей. Например инсулин, альбумин, глобулины плазмы крови. Фибриллярные – соотношение осей >10. Они состоят из пучков полипептид- ных цепей, спиралью навитых друг на друга и связанные между собой поперечными ковалентными и водородными связями. Выполняют защитную и структурную функции. Например кератин, миозин, коллаген, фибрин. 2. По количеству белковых цепей водной молекуле • мономерные – имеют одну субъединицу (протомер) • полимерные – имеют несколько субъединиц. Например, гемоглобин (4 субъединицы, лактатде- гидрогеназа (4 субъединицы, креатинфосфокиназа (2 субъединицы, РНК-полимераза E.coli (5 цепей, аспартаткарбамоил-трансфераза (12 протооме- ров), пируватдегидрогеназа (72 цепи. По химическому составу Простые – содержат в составе только аминокислоты Сложные – кроме аминокислот имеются небелковые компоненты ПРОСТЫЕ БЕЛКИ bСтруктура представлена только полипептидной цепью (альбумин, инсулин. Однако необходимо понимать, что многие простые белки (например, альбумин) не существуют в чистом" виде, просто связи с небелковой группой слабые. Альбумины Белки массой ММ=40кД, имеют кислые свойства и отрицательный заряд при физиологических рН, т.к. содержат много глутаминовой кислоты. Легко адсорбируют полярные и неполярные молекулы, является в крови переносчиком многих веществ Глобулины – ММ кД, слабокислые или нейтральные, поэтому они слабо гидратированы, менее устойчивы и легче осаждаются, что используется в клинической диагностике в осадочных" пробах (тимоловая, Вельтмана). Часто содержат углеводные компоненты. Некоторые способны к связыванию определенных веществ трансферрин (переносчик Fe), церулоплазмин (переносчик Си, гаптоглобин (переносчик гемоглобина, гемопексин (переносчик тема. При электрофорезе разделяются, как минимум, на 4 фракции а, а, в и у. Гистоны Белки массой ММ кД. Обладают выраженными основными свойствами, те. при физиологических рН заряжены положительно и, поэтому связываются с ДНК. Существуют 5 типов гистонов: • Н – очень богат Лиз (29%), • На – умеренно богат Лиз (11%) и Apr (9,5%), • H2b – умеренно богат Лиз (16%) и Apr (6,5%), • НЗ – умеренно богат Лиз (10%) и Apr (13,5%), • Н – умеренно богат Лиз (11%) и Apr (14%). Радикалы аминокислот в составе гистонов могут быть ферментативно ме- тилированы, ацетилированы или фосфорилированы. Это изменяет суммарный заряди другие свойства белков. Функция 1. Регулируют активность генома, а именно – препятствуют транскрипции, 2. Структурная – стабилизируют пространственную структуру ДНК. Гистоны образуют нуклеосомы (укорочение враз, далее суперспираль и „суперсу- перспираль". Тем самым они участвуют в плотной упаковке ДНК при формировании хромосом. Благодаря гистонам размеры ДНК уменьшаются в тысячи раз ведь длина ДНК достигает 6-9 см (10 -1 ), а размеры хромосом – всего несколько микрометров (10 -6 ) Протамины Это белки массой ММ кД, у ряда организмов они являются заменителями гистонов, есть в спермиях. Отличаются резко увеличенным содержанием аргинина до 80%). Функция – структурная. Коллаген Фибриллярный белок с уникальной структурой. Обычно содержит моносаха- ридные (галактоза) и дисахаридные (галактоза-глюкоза) остатки, соединенные с ОН- группами некоторых остатков гидроксилизина. Составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани сухожилий, кости, хряща, кожи, но имеется, конечно, ив других тканях. Полипептидная цепь коллагена включает 1000 аминокислот и состоит из повторяющегося триплета [Гли-А-В], где Аи В – любые, кроме глицина аминокислоты. В основном это аланин, его доля составляет 11%, доля пролина и гидроксипролина – 21%. Таким образом, на оставшиеся аминокислоты приходится всего 33%. Структура пролина и гидроксипролина не позволяет образовать а-спиральную структуру, из-за этого образуется лево- закрученная спираль, где на один виток приходится 3 аминокислотных остатка. Гидроксилирование пролина осуществляет фермент пролилгидроксила- за, железосодержащий фермент, для его полноценной работы необходим витамин С (аскорбиновая кислота. Недостаточность аскорбиновой кислоты в пище обуславливает возникновение цинги. Приматы и морские свинки утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту и, поэтому, должны получать ее с пищей. Являясь сильным восстановительным агентом, аскорбиновая кислота предохраняет от инактивации про- лилгидроксилазу, поддерживая восстановленное состояние атома железа в ферменте. Коллаген, синтезированный в отсутствие аскорбиновой кислоты, оказывается недогидроксилированным и не может образовывать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов. Молекула коллагена построена из 3 полипептидных цепей, сплетенных между собой в плотный жгут – тропоколлагена (длина=ЗОО нм, d=1,6 нм. Полипептидные цепи прочно связаны между собой через аминогруппы остатков лизина. Тропокол- лаген формирует крупные коллагеновые фибриллы (d=10-300 нм. Фибриллы очень прочны, они прочнее стальной проволоки равного сечения. Поперечная исчерчен- ность фибриллы обусловлена смещением молекул тропоколлагена друг относительно друга на 1/4 их длины. В коже фибриллы образуют нерегулярно сплетенную и очень густую сеть выделанная кожа представляет собой почти чистый коллаген. Время полужизни коллагена исчисляется неделями и месяцами. Ключевую роль в его обмене играет коллагеназа, расщепляющая тропоколлаген на 1/4 расстояния с С-конца между Глии Лей. В результате распада коллагена образуется гидроксипролин. При поражении соединительной ткани (болезнь Пейджета, гиперпаратиреоидизм) экскреция гидро- ксипролина возрастает и имеет диагностическое значение. По мере старения организма в тропоколлагене образуется все большее число поперечных связей, что делает фибриллы коллагена в соединительной ткани более жесткими и хрупкими. Это ведет к повышенной ломкости кости и снижению прозрачности роговицы глаза в старческом возрасте. Способы предупреждения цинги были в сжатой форме сформулированы английским врачом Джеймсом Линдом (J. Lind), который еще в г писал Не раз уже убеждались в том, что зелень, свежие овощи и спелые фрукты - не только лучшее лекарство, но и самое действенное средство для предупреждения этой болезни. Линд настаивал, чтобы в рацион моряков входил лимонный сок. Британское Адмиралтейство прислушалось к его совету примерно через 40 лет. Эластин В общих чертах схож с коллагеном. Находится в связках, эластичном слое сосудов. Структурной единицей является тропоэластин с ММ и длиной 800 аминокислотных остатков. В нем гораздо больше лизина, валина, аланина и меньше гидроксипролина. Отсутствие пролина обуславливает наличие спиральных эластичных участков. Характерной особенностью эластина является наличие своеобразной структуры – десмозина, который объединяет белковые цепи в системы, способные растягиваться во всех направлениях. Аминогруппы и карбоксильные группы десмозина включаются в образование пептидных связей одного или нескольких белков. СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ bУ белков, кроме белковой цепи, может иметься и дополнительная небелковая группа. Она называется лиганд, то есть молекула, связанная с белком. В качестве лиганда может выступать все, что угодно • молекулы выполняющие в белке структурную функцию – липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, минеральные элементы, какие-либо другие органические соединения:гем в гемоглобине, углеводы в гликопротеинах, ДНК и РНК в нуклеопротеинах, медь в церулоплазмине; • переносимые белками молекулы железо в трансферрине, гемоглобин в гап- тоглобине, гем в гемопексине; • субстраты для ферментов – любые молекулы и даже другие белки. Узнавание лиганда обеспечивается • комплементарностью структуры центра связывания белка структуре лиганда, проще говоря, пространственными химическим соответствием белка и лиганда – как ключи замок, которые, не являясь одинаковыми, прекрасно подходят друг к другу. Например, соответствие фермента и субстрата • иногда узнавание может зависеть от реакционной способности атома, к которому присоединяется лиганд связывание кислорода железом гемоглобина. В случае, если лиганд несет структурную и/или функциональную нагрузку, он называется простетической группой, а белок – сложным 13 Фосфопротеины Это белки, в которых присутствует фосфатная группа, она связывается с пептидной цепью через остатки тирозина, серина, треонина (те. тех аминокислот, которые содержат ОН-группу). Фосфорная кислота может выполнять 1. Структурную роль, например, казеин, овоальбумин. 2. Функциональную роль. В клетке присутствует много белков, которые связаны с фосфатом непостоянно, а в зависимости от активности метаболизма. Белок может многократно переходить в фосфорилированную или в дефосфорилированную форму. Фосфатные группы играют регулирующую роль в работе ферментов. Например, 1) гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза, 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК и активность генома возрастает. Липопротеины К липопротеинам, строго говоря, принадлежат только белки, содержащие ковалентно связанные липиды. Однако, традиционно, к липопротеинам относят и надмолекулярные образования, выполняющие транспортную функцию и состоящие из множества молекул всех классов липидов и белков. Структуру липопротеинов можно сравнить с орехом, в них имеется скорлупа и ядро. Скорлупа является гидрофильной, ядро гидрофобное. Ядро формируют неполярные эфиры холестерина и триацилгли- церины. В поверхностном слое находятся фосфолипиды, холестерин, белки. Выделяют четыре класса липопротеи- нов • хиломикроны (ХМ • липопротеины высокой плотности (ЛПВП, α-липопротеины, α-ЛП); • липопротеины низкой плотности (ЛПНП, β-липопротеины, β-ЛП); • липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП, пре- β-липопротеины, пре- β-ЛП). Липопротеины различаются по составу, те. по соотношению триацилглицеро- лов, холестерина и его эфиров, фосфолипидов, белков Хиломикроны (до 90% липидов) ЛПОНП ЛПНП ЛПВП (до 80% белков) Увеличение количества белка Увеличение количества фосфолипидов Уменьшение количества триацил- глицеролов Белки в липопротеинах называются апобелками, их выделяют несколько видов А, В, СВ каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апо- белки. Хромопротеины Содержат окрашенные простетические группы. Сюда относят гемопротеины содержат гем, ретинальпротеины (содержат витамин А, флавопротеины (содержат витамин В, кобамидпротеины (содержат витамин В) Гемопротеины Подразделяются на неферментативные (гемоглобин, миоглобин) и ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза. Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe 2+ . Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями, одна ковалентная связь. Цитохромы Разделяются на типы а, Ь, с, d. Кроме того, они отличаются аминокислотным составом пептидных цепей и числом цепей. Все они неспособны связывать кислород, кроме цитохрома аз, который содержит ионы меди. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи митохондрий и цепи микросомаль- ного окисления. Флавопротеины Являются ферментами окислительно-восстано- вительных реакций, содержат производные витамина В – флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Гликопротеины Это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов варьирует от 1 до 85%. по массе. Са- харидный остаток • изменяет свойства белков (заряд, растворимость, термолабильность) 15 • защищает белок от протеолиза вне и внутри клетки • придает биологическую активность • влияет на проникновение через мембраны, внутриклеточную миграцию, сортировку и секрецию белков • определяет межклеточное взаимодействие Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы протеогликаны и гликопротеины. Между эти подклассами имеются существенные отличия Гликопротеины • Доля углеводов 15-20% • Не содержат уроновых кислот • Углеводные цепи содержат не более 15 звеньев • Углевод имеет нерегулярное строение bПротеогликаны • Доля углеводов 80-85% • Имеются уроновые кислоты • Углеводные цепи крайне велики • Углевод имеет регулярное строение Для собственно ГЛИКОПРОТЕИНОВ характерно низкое содержание углеводов. Они присоединены либо N-гликозидной связью к амидному азоту аспарагина, либо О-гликозидной связью к гидро- ксигруппе остатка серина, треонина, гидрооксилизина. Углевод имеет нерегулярное строение и содержит маннозу, галактозу, глюкозу, их аминопроизводные, N-ацетилнейраминовую кислоту. Углеводный компонент никогда не участвует в главной функции белка, те. не входит в состав каталитического центра или зоны связывания ферментов, активные участки регуляторных белков и т.п. Функции гликопротеинов 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс. 2. Защитная • антитела, интерферон • факторы свертывания крови – протромбин, фибриноген 3. Транспорт веществ в крови и через мембраны – трансферрин, транкортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза 4. Гормональная – гонадотропин, адренокортикотропный гормон, тиреотропин. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. К гликопротеинам относятся тиреотропный и адренокортикотропный гормоны, трансферрин, коллаген, эластин, фибриноген, многие рецепторы являются гликопротеинами. В составе гликопротеинов обнаруживают N-ацетилгексозамины, гексозы, пентозы, сиаловые кислоты. Т Группы крови АВ0 определяются наличием в определенных молекулах N-ацетилгалактозамина (группа А, галактозы (группа Вили полным отсутствием производных этого сахара (группа 0). П РОТЕОГЛИКАНЫ характеризуются наличием полисахаридов, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков. Дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. Можно встретить разные названия – кислые гетерополисахариды имеют много кислотных групп, глико- заминогликаны содержат аминогруппы, мукополисахариды Эти молекулы входят в состав протеогликанов – сложных белков, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур. Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через остатки серина и аспарагина. Основными представителями гликозаминогликанов является гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты, гепарин. Функции протеогликанов Протеогликаны особенно значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. При помощи электронной микроскопии выяснено, что они имеют древовидную структуру. Молекулы гликанов весьма гидро- фильны, создают сетчатую желеподоб- ную структуру и заполняют пространство между клетками, являясь преградой для крупных молекул и микроорганизмов. 17 Нуклеопротеины Содержатся в рибосомах, хромосомах, вирусах. Небелковым компонентом является нуклеиновая кислота. В хромосомах нуклеиновая кислота представлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и соединяется с гистонами, формируя хроматин. В рибосомах рибонуклеиновая кислота (РНК) связывается со специфическими рибосомальными белками. В вирусах нуклеиновая кислота обеспечивает воспроизведение вируса в поражаемой клетке, а белковая часть позволяет взаимодействовать с мембраной клетки-хозяина, сохранять вирусную ДНК или РНК, осуществлять некоторые специфические ферментативные реакции. Нуклеиновые кислоты являются полимерными молекулами и состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Нуклеотид содержит фосфорную кислоту (один, два или три остатка, сахар (рибозу или дезоксирибозу, азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, урацил либо тимин. Связываясь через фосфатные остатки, нуклеотиды образуют длинные цепочки – нуклеиновые кислоты. Сахарофосфатный остов в ДНК и РНК заряжен отрицательно благодаря заряду фосфатных групп. В тоже время пуриновые и пиримидиновые основания гидро- фобны. Цепи ДНК и РНК обладают направленностью, те. имеют З'-конец и конец. В ДНК цепи антипараллельны, те. направлены в разные стороны и комплементарны соответствие АТ, ГЦ) ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ К свойствам белков относят амфотерность, растворимость, способность к денатурации, коллоидные свойства. АМФОТЕРНОСТЬ Белки содержат кислые (СООН) и основные (NH 2 ) группы. Благодаря этому они обладают буферными свойствами. Однако при физиологических рН их буферная емкость ограничена. Только гемоглобин, который содержит до 8% гистидина обладает существенной буферной емкостью, т.к. р гистидина 7,6. Амфотерность позволяет разделить белки по заряду. Аналогично аминокислотам, они заряжаются положительно приуменьшении рН, и отрицательно при его увеличении. При нейтральных рН заряд белка зависит от соотношения кислых и основных аминокислот. Если преобладают кислые – то и заряд отрицательный, если основные – положительный, при р заряд равен 0. РАСТВОРИМОСТЬ Так как белки несут много заряженных групп, то они водорастворимы. Растворимость связана • со взаимоотталкиванием молекул • с гидратацией белков – чем больше полярных аминокислот, тем больше гидратная оболочка (наг белка может быть 30-50 г воды) Таким образом, растворимость белков зависит от заряда и наличия гидратной оболочки. Исчезновение одного или обоих этих факторов ведет к осаждению белков. Методы осаждения белков 1. Высаливание — добавление солевых растворов (Na 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 ). Анионы и катионы соли взаимодействуют с зарядами белка ив результате, заряд исчезает, и соответственно, исчезает взаимоотталкивание молекул. Одновременно пропадает гидратная оболочка. Это ведет к слипанию молекул и осаждению. Так как белки плазмы крови отличаются по размерам, заряду, строению, то можно подобрать такие количества соли, которые вызовут осаждение менее устойчивых белков, пока другие еще будут растворены. Например, таким способом можно определять соотношение аль- бумины/глобулины. Альбумины, как более полярные молекулы, остаются в растворенном состоянии при 50% насыщении раствора нейтральными солями, в то время как глобулины в этих условиях уже осаждаются. В норме соотношение равно 1,5-2,3. Однако, не следует забывать, что при низких концентрациях соли способны взаимодействовать с ионными группами белков, отвечающих за внутримолекулярные взаимодействия, приводить к их раскрытию и повышать растворимость. 2. Осаждение водоотнимающими средствами (ацетон, этанол) При этом происходит лишение белка гидратной оболочки, ноне заряда, растворимость несколько снижается, но денатурации не наступает Например, антисептическое действие этанола. 3. Изменение рН ведет к исчезновению заряда в изоэлектрической точке, исчезновению гидратной оболочки и снижению растворимости белков. ДЕНАТУРАЦИЯ Это разрыв связей, стабилизирующих четвертичную, третичную, вторичную структуры. 1. Физическая повышение температуры, ультрафиолетовое и микроволновое излучение, механические воздействия, ионизация заряженными частицами. 2. Химическая • Кислоты и щелочи образуют водородные связи с пептидными группами • Органические растворители образуют водородные связи и вызывают дегидратацию Алкалоиды и тяжелые металлы образуют связи с полярными группами и разрывают систему водородных и ионных связей. КОЛЛОИДНЫЕ СВОЙСТВА. Рассеивание луча света, проходящего через белковый раствор – эффект Тин- даля (светящийся конус) 2. Малая скорость диффузии 3. Неспособность проникать через полунепроницаемые мембраны Например, работа искусственной почки, диализ. 4. Создание онкотического давления, то есть перемещение воды в сторону более высокой концентрации белка. Например, формирование отеков. 5. Высокая вязкость – силы сцепления между молекулами. Например, образование гелей и студней |