Лекция №5 НО-111. Пфунт Н.Н. (1). Лекция 5. Влияние различных условий (температура, рН) на структуру белков
 Скачать 210.77 Kb.
|
|
Лекция №5. Влияние различных условий (температура, рН) на структуру белков Белки – это высокомолекулярные, азотсодержащие органические вещества, построенные из аминокислот, разное количественное соотношение и порядок которых обеспечивают многообразие белков в живой природе. Белки составляют до 50% сухого веса живых клеток, они играют главную роль в формировании структуры и выполнении функций живых клеток. Это молекулярные инструменты, с помощью которых реализуется генетическая информация. Основные проявления жизни: пищеварение, раздражимость, сократимость, способность к росту и размножению, движение, выработка энергии, биокатализ – связаны с веществами белковой природы. Белкам присущи многообразные биологические функции: 1. Структурная. 2. Каталитическая. 3. Регуляторная. 4. Защитная. 5. Транспортная. 6. Трофическая. 7. Сократительная. Структурными единицами белковых молекул являются аминокислоты, соединенные в линейную цепь пептидными связями. Для белков характерны следующие физико-химические свойства, обусловленные аминокислотным составом: 1) Растворимость. Она зависит от аминокислотного состава белка и природы растворителя. 2) Ионизация. Заряд белковой молекулы обусловлен реакцией среды и соотношением ионогенных групп в белковой молекуле. 3) Гидратация. Молекула белка дифильна, в ней имеются гидрофильные и гидрофобные группы, причем гидрофильные в большинстве нативных белков находятся на поверхности, а гидрофобные внутри белковой молекулы. Для белков характерна сложная структурная организация молекулы. Различают первичную, вторичную, третичную структуры. Ряд белков обладает и четвертичной структурой. Первичная структура – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи, связанных ковалентной кислото-амидной (пептидной связью). 20 аминокислот, формирующих первичную структуру белков, называются протеиногенными (протеин – белок). Поскольку в образовании пептидной связи участвуют только α-амино- и α- карбоксильные группы аминокислот, первичная структура всегда линейна. Она отвечает за последующие уровни структурной организации белков, определяет большинство физико- химических свойств, видовую и тканевую специфичность, а также, опосредованно, и функции белков. Вторичная структура – тип спирализации белковой молекулы. Третичная структура – это форма молекулы в пространстве. По форме белковые молекулы подразделяются на глобулярные и фибриллярные. Если первичная структура белка содержит более 200 аминокислотных остатков, то в третичной структуре могут выделяться самостоятельные участки – домены. Домен – фрагмент полипептидной цепи, сходный по свойствам с самостоятельным глобулярным белком. Домену всегда соответствует непрерывный участок полипептидной цепи, который формирует компактное глобулярное образование, обладающее самостоятельными функциями. Между собой домены соединяются малоструктурированными полипептидными участками. Так неколлагеновый белок межклеточного вещества соединительной ткани фибронектин состоит из нескольких доменов, каждый из которых имеет центры связывания с другими молекулами (коллагеном, гликозоаминогликанами, интегрином, другими молекулами фибронектина). Вторичная и третичная структуры удерживаются нековалентными связями, они лабильны и под действием различных факторов легко нарушаются. Процесс формирования пространственной структуры белка называется фолдингом. Это энергоемкий процесс, в котором принимает участие особая группа защитных белков – шапероны. Шапероны – белки, которые обеспечивают правильную пространственную укладку полипептидной цепи в процессе ее синтеза, подавляя образование нежелательных побочных взаимодействий аминокислотных остатков. Так образуется энергетически наиболее выгодная функционально-активная нативная структура белковой молекулы. Шапероны защищают нативную структуру белка от нарушений в процессе выполнения белком функций, их называют «белками теплового шока». Для качественного открытия белков используют две группы реакций: 1. Цветные, основанные на открытии пептидной связи или функциональных групп аминокислот; 2. Осадочные, обусловленные физико-химическими свойствами белков. Такие реакции бывают обратимыми и необратимыми. При обратимом осаждении белки теряют факторы стабильности (гидратную оболочку, заряд), белковые частицы образуют крупные агрегаты и выпадают в осадок под действием силы тяжести (седиментируют). Поскольку нативная структура белка при этом не нарушается, процесс обратим. Поверхность нативной белковой молекулы всегда мозаична, имеет место чередование гидрофильных и гидрофобных групп аминокислотных остатков. При необратимом осаждении белков нарушается нативная конформация, теряется мозаичность, а значит, способность выполнять функции. Этот процесс называется денатурацией. Признаки денатурации: 1. Изменение размеров и формы белковой молекулы; 2. Потеря гидрофильных и приобретение гидрофобных свойств; 3. Потеря способности растворяться в воде и приобретение способности растворяться в избытке осадителя; 4. Изменение оптических свойств белкового раствора; 5. Потеря биологической активности. За счет мозаичности на поверхности нативной белковой молекулы формируются центры связывания, по которым высоко специфично, высоко избирательно присоединяются различные высокомолекулярные и низкомолекулярные соединения как органические, так и неорганические, называемые лигандами. Присоединение лиганда идет по принципу комплементарности (взаимного соответствия дополняющих друг друга структур) с образованием нековалентных связей (фермент-субстрат, рецептор-гормон, антитело-антиген и т.д.). Образование белковолигандного комплекса – обратимый процесс. Для выделения белков из смеси и разделения индивидуальных белков используются различные физико-химические методы: 1. Растворение с использованием различных растворителей; 2. Хроматография (различные виды); 3. Электрофоретическое разделение; 4. Кристаллизация. Для количественного определения белков используют непрямые методы (определяют содержание азота в пробе с последующим расчетом количества белка) и прямые, основанные на цветных реакциях или физико-химических свойствах белка. Белковый состав органов и тканей различен и определяется функциями органов и тканей, он изменяется в ходе онтогенеза (в связи с изменениями функций) и при заболеваниях. |