Лекции Значение и функции белков. Строение и свойства аминокислот
 Скачать 4.99 Mb.
|
|
Коллоидные свойства белков Благодаря своей большой молекулярноймассе и размерам, молекулы белка в растворе находятся в коллоидном состоянии. Белки являются гидрофильными коллоидами. При растворении белка вокруг каждой его молекулы образуется водная оболочка, в которой молекулы воды ориентированы в пространстве определенным образом. Вещества, разрушающие водные оболочки растворенных белков, вызывают выпадение их в осадок. К таким веществам относятся спирт, ацетон, нейтральные растворы солей щелочных металлов, растворы сульфата аммония. Процесс выпадения белка в осадок называетсявысаливанием.После удаления водоотнимающих веществ, при добавлении водыосадки белков вновь растворяются. Одним из важнейших свойств белков, как лиофильных коллоидов, является их способность образовывать гели. При этом коллоидные частицы склеиваются друг с другом, образуя своеобразный каркас, в ячейки которого включается значительное количество молекул воды. Если гель высушить, а затем вновь поместить в воду, то он сильно набухает. Отделение воды от геля носит название синерезиса.При синерезисе гель уменьшается в объёме и сморщивается. Денатурация белков Большая часть белковых молекул сохраняет биологическую активность только в пределах очень узкой области температур и рН. Макроструктура белка определяется весьма хрупким равновесием между различными силами притяжения и отталкивания, которые действуют между этим биополимером и окружающей его водной средой. Стоит только нарушить это равновесие, как вся структурная организация белка, кроме первичной структуры,исчезнет. Разрыв большого количества слабых связей в молекуле белка приводит к разрушению её природной конформации. Этот процесс называется денатурациейбелка. Утрата белком природной (нативной) конформации, обычно сопровождающаяся потерей его биологической функции.  Денатурацию может вызвать: повышение температуры; изменение рН среды; добавление окислителей или восстановителей, которые разрушают дисульфидные связи; добавление солей тяжелых металлов; внесение детергентов, нарушающих гидрофобные взаимодействия; добавление сильных акцепторов водорода (например, мочевины), которые разрушают водородные связи, действие ультразвука, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, добавление органических веществ, способных реагировать с функциональными группами, которые имеются в радикалах аминокислотных остатков. Так как при денатурации не происходит разрыв пептидных связей, а разрываются ионные, гидрофобные и водородные, которые стабилизировали конформацию белка, был сделан вывод о том, что причиной денатурации является развертывание полипептидных цепей, которые в нативном белке были характерным образом свернуты. В денатурированном состоянии полипептидные цепи образуют случайные и беспорядочные клубки и петли, которые с течением времени могут изменяться. Гидрофобные радикалы, которые в нативной структуре молекулы были спрятаны внутри гидрофобного ядра, оказываются на поверхности. Молекулы могут объединяться друг с другом гидрофобными взаимодействиями, при этом растворимость белка снижается и происходит выделение осадка. Компактная, плотная структура нативного белка при денатурации резко увеличивается в размерах и становится легко доступной для расщепления пептидных связей протеолитическими ферментами. Например, кислая среда желудка вызывает денатурацию белков, попавших в желудок с пищей, и облегчает её ферментативное переваривание в пищеварительном тракте. При денатурации значительно повышается вязкость глобулярных белков. Объясняется это тем, что глобулы выпрямляются и, приобретая нитевидную форму, достигают больших размеров. Денатурация фибриллярных белков вызывает уменьшение их вязкости, что, по-видимому, связано со скручиванием пептидных цепей и частичным уничтожением фибрилл.В зависимости от степени нарушения структуры и от природы белка денатурация может быть либо обратимой, либо необратимой. Обратимая денатурация,её называют ренатурация,приводит к легко восстанавливаемым изменениям в структуре. Например, если денатурированный белок является ферментом, то в процессе ренатурации его каталитическая активность также может восстановиться и притом без изменения специфичности катализируемой реакции. Следовательно, при ренатурации белка восстанавливается его исходная биологическая активность. Никакой новой биологической активности, которая отсутствовала бы в исходном белке, при этом не возникает. Необратимая денатурация −это процесс, при котором происходят глубокие изменения в структуре белка, которые со временем не дают возможности восстановить исходную конформацию белковой молекулы. Известным примером необратимой денатурации является свертывание яичного белка при варке яиц. Высаливание белков сульфатов аммония. Полунасыщенный раствор сульфата аммония, осаждает глобулины альбумины выпадают при полном насыщении. Осаждение белков солями является обратимым процессом, и при добавлении воды они снова растворяются. . В кислой среде подавляется диссоциация белка по карбоксильным группам, и молекула белка заряжается положительно. В щелочной среде понижается диссоциация белка по радикалам диамино-кислот, и молекулы его приобретают стационарный отрицательный заряд Клинико- диагностическое значение: Альбумины и глобулины являются наиболее распространенными в природных продуктах простыми белками и отделение их от друг от друга основано на различной их растворимости в воде и различной высаливаемости минеральными солями. Глобулины, как менее растворимые осаждаются уже при 50 % - ном насыщении сульфата аммония, альбумины, как более растворимые, осаждаются при 100%-ном насыщении сульфатом аммония. При использовании буферных растворов с различной концентрацией солей фракционируются белки крови (альбумины, α1-, α2-, β- и ɤ-глобулины), что имеет большое диагностическое значение при определении диспротеинемий (нарушений метаболических процессов). Явлении денатурации в медицине имеет большое значение при хранении крови, при стерилизации инструментов, кварцевании палат, при обработке хирургических перчаток сулемой, осаждение тяжелых металлов белками, хранение биологических объектов в формалине, а также при приготовлении пищи. Контрольные вопросы к теме: Что такое белки? Какие уровни структуры характеры для белка? Что такое пептиды? Напишите и назовите трипептид мет-лей-глу. Каков его состав? Объясните пептидную связь как основу белковой молекулы. Пептидные гормоны. Что такое первичная структура белка? Вычислите длину в нм полипептидной цепи, содержащей 100 аминокислотных остатков, если: А. Вся цепь α-спираль Б. Цепь полностью вытянутая В. Цепь спирализована на 15% Выберите правильные ответы. Приобретенные протеинопании развиваются вследствие: А. Изменения первичной структуры белка Б. Изменения конформации белков при изменении условий среды В. Химической модификации белков Г. Изменения количества белков в органах и тканях. Д. Появления в крови белков, находящихся там в норме с следовых количествах Что такое вторичная структура белка? Что означает понятие «надвторичная структура»? Что такое третичная структура белка? Какие виды третичной структуры существуют? Выберите один неправильный ответ. К слабым связям, участвующих в образовании нативных белков относятся: А. Пептидные Б. Водородные В. Гидрофобные Г. Ионные Выберите один наиболее полный ответ. В белках водородные, ионные, гидрофобные связи участвуют в образовании: А. Вторичной структуры Б. Третичной структуры В. Супервторичной структуры Г. Первичной структуры Д. Конформации Установите соответствие. Подберите к пронумерованным типам связей их графическое изображение: А. –СН3  -СН2- 1.Водородная связь,участвующая в форм- ированиивторичной структуры Б. –СН-СО-NH-CH- 2. Водородная связь, \Rn \Rn+1участвующая в фор- мировании третичной структуры B. >NH O=C< 3. Гидрофобные взаимо- действия Г. –NH3+ -OOC- 4. Ковалентная связь Д. –ОН -ООС- 5. Ионная связь Что такое денатурация белка? Выберите правильные ответы. Олигомерный белок: А. Состоит из нескольких протомеров Б. Имеет полипептидные цепи, связанные дисульфидными связями В. Содержит контактные поверхности протомеров комплементарных друг другу Г. Может связать только один лиганд Д. Формирует четвертичную структуру путем самосборки Выберите правильные ответы. Комплементарность молекул обусловлены взаимодействия: А. Белка с лигандам Б. Протомеры в олигомерном белке В. Белка с диполями воды Г. Различных белков в процессе самос- борки клеточных органелл Д. Радикалов аминокислот при формиро- вании третичной структуры белка. Какое из следующих утверждений подходит к белковым структурам: А. β-конфигурация не присуща глобулярным белкам Б. В стабилизации ɑ-спирали главным образом участвуют гидрофобные взаимодействия В. Глобулярные белки имеют склонность складываться в конфигурацию, охраняющую гидрофобные части цепочки внутри молекулы Г. Протомеры в полимерных белках соединяются ковалентными связями Д. Первичная структура белка не влияют на образование нативной третичной структурой Какие белки относятся к фибриллярным, а какие к глобулярным? Объясните свойства белков как коллоидов. Перечислите физико-химические свойства белков. Укажите значение физико-химических свойств белков, коллоидов и как электролитов в определении их биологической роли. Объясните свойства белков как электролитов? Что понимают под изоэлектрическим состоянием, изоэлектрической точкой белков. Каково их значение для устойчивости белка в растворе? Назовите факторы устойчивости белка в растворе. Какой заряд несет молекула белка в кислой среде и щелочной среде? На чем основана способность белка поддерживать кислотно-щелочное равновесие в организме? Что понимают под гидрофильностью белка, чем она обусловлена? Какие свойства белка характеризуют их как амфотерные электролиты? Приведите схему диссоциации белка в кислой и щелочной среде. Назовите методы фракционирования п получения чистых белков и смесей, основанные на различии физико-химических свойств белка. На чем основано высаливание белков? В чем отличие обратимого осаждения белков (высаливания) от необратимого? Укажите, что понимают под денатурацией белков и какие факторы вызывают денатурацию? Объясните процессы обратимой и необратимой коагуляции белков. Приведите примеры. Дайте объясните процессы обратимой и необратимой коагуляции белков. Приведите примеры. Приведите примеры использования денатурации белков в мед. практике. Укажите, какая реакция используется для обнаружения пептидных связей. |