1-МОДУЛЬ-ПО-БИОХИМИИ. Статистическая биохими представление об углеводах. Классификация углеводов
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
14. Зависимость структурной организации и физико-химических свойств белков от аминокислотного состава см. вопрос 16 15. Уровни структурной организации белков и силы их стабилизирующие Первичная структура белка – это последовательность аминокислотных фрагментов в полипептидной цепи, прочно соединенных пептидными связями. Каждая полипептидная цепь имеет N-конец, на котором находится свободная концевая аминогруппа и С-конец – свободная карбоксильная группа. Вторичная структура белка – это укладка линейной полипептидной цепи в пространстве. Для вторичной структуры характерно образование водородных связей. Выделяют два типа вторичной структуры: α- спираль и β- складчатая структура. Третичная структура белка – это трехмерная пространственная упаковка полипептидной цепи. Эта структура возникает и стабилизируется за счет водородных и дисульфидных связей, ионных и гидрофобных взаимодействий, возникающих в результате взаимодействия между боковыми радикалами аминокислот полипептидной цепи. В зависимости от третичной структуры различают фибриллярные и глобулярные белки. Если белок состоит только из одной полипептидной цепи, то он может иметь только третичную структуру (например, миоглобин). Третичная структура белка определяет его нативные свойства (биологические свойства). Это означает, что каталитические, защитные и другие свойства белка зависят от его третичной структуры. При любом ее нарушении происходит частичная или полная утрата белком биологических свойств Четвертичная структура белка – это объединение нескольких отдельных полипептидных цепей в единую структуру за счёт нековалентных взаимодействий. Каждая цепь обладает конформацией и называется субъединицей (или протомером). Поэтому белки, обладающие четвертичной структурой, называют олигомерными белками. В состав белковой молекулы могут входить одинаковые или разные субъединицы. Например, молекула гемоглобина A (НbА) состоит из двух α-цепей и двух β-цепей, которые отличаются составом и количеством аминокислот. 16. Физико-химические свойства белков (амфотерность, размер молекул, буферные свойства, коллоидные и осмотические свойства, вязкость, гидратация, растворимость). Аминокислотный состав и пространственная организация каждого белка определяют его физико-химические свойства. Белки имеют высокую молекулярную массу, обладают амфотерными свойствами, растворимостью и рядом других свойств. Молекулярная масса белков зависит от количества полипептидных цепей (субъединиц) в молекуле белка и от количества аминокислот в каждой субъединице. Белки амфотерны благодаря наличию свободных амино- и карбоксильной групп. Для них характерны все свойства кислот и оснований. Белки обладают высокой вязкостью растворов, т.к. они являются высокомолекулярными соединениями. И, следовательно, обладают малой скоростью диффузии. Растворы фибриллярных белков более вязки, чем растворы глобулярных белков. Растворы белков опалесцируют (способны рассеивать лучи видимого света). Растворимость является одним из важнейших физико-химических свойств. Стабильность растворам белков придают заряд белковой молекулы и гидратная оболочка. Гидратная оболочка – это слой молекул воды, определенным образом ориентированных на поверхности белковой молекулы. Каждая белковая молекула имеет суммарный заряд. Например, кислые белки (в своем составе преимущественно содержат глутаминовую и аспарагиновую кислоты) имеют отрицательный суммарный заряд, основные (содержат преимущественно лизин, аргинин и гистидин) – положительный суммарный заряд, нейтральные белки – нулевой суммарный заряд. На заряд белка, а, следовательно, и на его растворимость влияет рН среды. Наименее устойчив белок в изоэлектрической точке. Изоэлектрическая точка (рI) – значение рН, при котором суммарный заряд белковой молекулы равен нулю. Так для кислых белков рI лежит при рН < 7, а для основных – при рН > 7. 17. Представления об активном центре белка, его функции В молекулах всех белков есть центры связывания (активные центры) с разнообразными веществами небелковой природы – лигандами (лиганды – то, что присоединяется). Активный центр формируется на третичном уровне организации белковой молекулы. Активный центр – это участок молекулы белка с уникальным сочетанием определенных аминокислотных остатков (образуется благодаря притяжению боковых радикалов определенных аминокислот). Белки проявляют высокую избирательность (специфичность) по отношению к различным лигандам. Эта специфичность обеспечивается: стерическим соответствием, химическим соответствием (по набору химических группировок). 18. Специфические реакции на белки. Качественные цветные реакции и реакции осаждения. Принцип методов Название реакции Исследуемый материал Применяемые растворы Наблюдаемое окрашивание Биуретовая Пептидные связи в белке 10% NaOH 10% CuSO 4 Сине-фиолетовое Ксантопротеиновая реакция Мульдера Ароматические аминокислоты: фенилаланин, триптофан, тирозин HNO 3 конц 10% NaOH Жёлтый, переходящий в оранжевый Реакция на тирозин Миллона Тирозин в белке Реактив Миллона Мясо-красный Реакция Фоля на серосодержащие аминокислоты Цистеин в белке Реактив Фоля Серый или чёрный осадок 19. Представители глобулярных белков. Особенности их структурной организации Глобулярные белки – белки, в молекулах которых полипептидные цепи на третичном уровне плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры – глобулы. Глобулярная структура белков обусловлена гидрофобно-гидрофильными взаимодействиями: снаружи гидрофильные (имеющие водородные соединения с окружающей средой), а внутри гидрофобные (отталкивающие воду). К глобулярным белкам относятся ферменты, иммуноглобулины, некоторые гормоны белковой природы (инсулин) а также другие белки, выполняющие транспортные, регуляторные и вспомогательные функции. 20. Представители фибриллярных белков. Особенности их структурной организации Фибриллярные белки – имеют вытянутую структуру. Большинство фибриллярных белков не растворяется в воде, имеет большую молекулярную массу и высокорегулярную пространственную структуру, которая стабилизируется, главным образом, взаимодействиями (в том числе и ковалентными) между различными полипептидными цепями. Первичная и вторичная структура фибриллярного белка также, как правило, регулярна. Полипептидные цепи многих фибриллярных белков расположены параллельно друг другу вдоль одной оси и образуют длинные волокна (фибриллы) или слои. К фибриллярным белкам относят кератины волос, коллаген – белок сухожилий и хрящей, эластин – белок сосудов и легких. 21. Понятие о денатурации. Факторы, вызывающие денатурацию. Признаки денатурации Денатурация белка – изменения в биологической активности и/или физико-химических свойствах, связанные с потерей четвертичной, третичной или вторичной структуры. Первичная структура белков остается неизменной. Если происходит разрушение и первичной структуры, то в этом случае говорят о гидролизе белка, который может быть кислотным, щелочным и ферментативным. Если после удаления денатурирующего фактора денатурированный белок вновь самоорганизуется в исходную структуру и восстанавливаются его биологическая активность, то такой процесс называется ренатурацией. Физические факторы, вызывающие денатурацию 1. Высокие температуры. Часть белков подвергается денатурации уже при 40-50°С. 2. Ультрафиолетовое облучение 3. Рентгеновское и радиоактивное облучение 4. Ультразвук 5. Механическое воздействие (например, вибрация). Химические факторы, вызывающие денатурацию 1. Колебания рН. 2. Концентрированные кислоты и щелочи. 3. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4). 4. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон) Признаки денатурации: уменьшение растворимости и выпадение в осадок, изменение структуры белка, потеря нативных свойств белка, развертывание молекулы белка с освобождением дополнительных функциональных групп (боковых гидрофобных радикалов аминокислот) и образование между ними новых связей. 22. Факторы устойчивости белков в растворах. Методы обратимого и необратимого осаждения белков. Устранение факторов устойчивости белковой молекулы приводит к осаждению белков из растворов. Реакции осаждения белков могут быть обратимыми и необратимыми. В первом случае белки не подвергаются глубоким изменениям, поэтому получаемые осадки могут быть вновь растворены в первоначальном растворителе с сохранением своих нативных свойств. К таким реакциям относится процесс высаливания. При необратимых реакциях осажденные белки подвергаются глубоким изменениям, поэтому получаемые осадки не могут быть вновь растворены в первоначальном растворителе. К таким реакциям относят осаждение солями тяжёлых металлов, минеральными и органическими кислотами, нагревание и др. Высаливание – это процесс осаждения белков с помощью солей щелочных и щелочноземельных металлов, а также солей аммония (например, NaCl, (NH4)2SO4). В результате действия этих солей происходит разрушение гидратной оболочки белковой молекулы. При этом не меняются и не утрачиваются биологические свойства белка. Высаливание используется для разделения белков на фракции. Для разделения сывороточных белков (альбуминов и глобулинов) используют разные концентрации (NH4)2SO4: при 50% насыщении происходит осаждение глобулинов, а при 100% насыщении – альбумины. Снять факторы устойчивости белка в растворе, не теряя биологических свойств, можно поместив его в среду, в которой находится его изоэлектрическая точка 23. Классификация сложных белков Основана на химическом строении небелкового компонента: 1. Углеводосодержащие белки (гликопротеины – 30% углеводы и 70% белки, протеогликаны – 95% углеводы и 5% белки) 2. Липопротеины (биологические мембраны – структурные, плазменные – транспортные) 3. Фосфопротеины (богаты серином, треанином) 4. Нуклеопротеины (хроматин) 5. Хромопротеины (белки пигментированы, гемопротеины – красный, флавопротеины – желтый) 6. Металлопротеины 24. Структурная организация гликопротеинов. Тип связи простетической группы с белком. Биологические функции. Представители Гликопротеины – сложные углеводсодержащие глобулярные белки, простетическая группа которых представлена моносахарами и их производными (глюкоза, галактоза, фруктоза), олигосахаридами Связь между углеводными компонентами и белком в молекуле гликопротеина прочная, ковалентная. Белковый и небелковый компоненты связаны О-гликозидными и N- гликозидными связями. Выполняют защитную функцию (иммуноглобулины, интерферон, муцин), гормональную функцию (тиреотропин, фолитропин), рецепторную (клеточные белки рецепторы), структурную (коллаген, эластин) 25. Структурная организация протеогликанов. Распространение в организме. Биологические функции Протеогликаны – простетическая группа представлена гетерополисахаридами, которые называются еще глюкозаминогликанами (гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарин) Белковый и небелковый компоненты связаны прочными ковалентными О- гликозидными и N-гликозидными связями. Выполняют структурную функцию (гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота формируют хрящи и связки), функцию связывания воды и создание тургора тканей, ионообменная (хондроитинсульфат фиксирует катионы кальция в очагах оссификации), антикоагулянт (гепарин) 26. Классификация и свойства липопротеинов. Структурные компоненты небелковой части. Характер связи с белком Липопротеины – сложные комплексные соединения, в состав которых, кроме белка, входит липидный компонент. Липиды с белковой частью молекулы в липопротеинах связываются в основном за счёт гидрофобных и электростатических взаимодействий В организме человека присутствуют 2 группы липопротеинов: структурные и транспортные. Структурные входят в состав биологических мембран (содержатся в миелиновых оболочках нервных клеток, веществе мозга), транспортные – присутствуют в свободном состоянии в плазме крови. Большинство липопротеинов синтезируются в печени или слизистой оболочке кишечника. Строение липопротеина: 1. Гидрофобное ядро – триглицериды, эфиры холестерина 2. Наружная оболочка – белки-апопротеины, фосфолипиды, свободный холестерин 27. Характеристика липопротеинов плазмы крови. Функции плазменных липопротеинов Классификация липопротеинов плазмы крови основана на величине их плотности. Плотность зависит от содержания липидов. Чем больше содержание липидов, тем ниже плотность липопротеинов, тем больше скорость, с которой они всплывают вверх при центрифугировании. Различают несколько классов липопротеинов: 1. липопротеины высокой плотности (ЛПВП) – транспорт ФЛ от печени к тканям и удаляют избыток ХС из крови 2. липопротеины низкой плотности (ЛПНП) – транспорт холестерина от печени к тканям 3. липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) – транспорт ТАГ от печени к тканям 4. хиломикроны (ХМ) – транспорт ТАГ из кишечника к тканям 28. Липопротеины клеточных мембран. Структура и функции Простетическая группа – липиды (глицерофосфолипиды, сфинголипиды, холестерин). Функции – барьерная, транспортная, рецепторная 29. Фосфопротеины. Особенности структуры. Характер связи небелковой части с белком. Представители. Биологические функции Фосфопротеины – это сложные комплексные соединения, в состав которых, кроме белка, входит фосфорная кислота. Фосфорная кислота связана сложноэфирной связью с белковой частью молекулы, через ОН- группы серина и треонина. Фосфопротеины являются источниками энергетического и пластического материала (содержат полный набор незаменимых аминокислот), они легко усваиваются. Типичными представителями фосфопротеинов являются казеин и казеиноген молочных продуктов, овальбумин яичного белка, вителин яичного желтка, ихтуллин икры рыбы. Также фосфопротеины выполняют ферментативную функцию (фосфорилаза, фосфоглюкомутаза) 30. Структурная организация хромопротеинов. Классификация. Представители, их биологические функции Хромопротеины – сложные белки, молекула которых состоит из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента. Хромопротеины делятся на флавопротеины (имеют желтую окраску) и гемопротеины (имеют красную окраску). Гемопротеины имеют простетическую группу в виде железопорфирированного комплекса (Гема). Выполняют ферментативную (каталаза, пероксидаза, цитохромы), транспортную (гемоглобин) и депонирующую (миоглобин) функции. Связь между белковой и простетической группой – гидрофобная, координационная связи и электростатические взаимодействия Флавопротеины имеют простатическую группу в виде активных форм витамина В 2 (ФАД и ФМН). Выполняют ферментативную функцию (флавиновые дегидрогеназы: сукцинатдегидрогеназа, ацетил-КоА-дегидрогеназа). Связь между белковой и простетической группой – водородная, гидрофобная, иногда ковалентная 31. Гемопротеины. Строение гема, характер связи с белком. Представители, их биологические функции. Гем – порфирин, в центре которого находится Fe 2+ . Fe 2+ включается в молекулу порфирина с помощью 2 ковалентных и 2 координационных связей. Молекула гема имеет плоское строение Гемопротеины подразделяются на 2 класса: 1. Ферменты (каталаза, пероксидаза, цитохромы). Ферменты каталаза и пероксидаза разрушают токсичную перикись водорода, цитохромы являются переносчиками электронов в цепи переноса электронов. 2. Неферменты (гемоглобин и миоглобин). Гемоглобил транспортирует кислород (от лёгких к тканям) и углекислый газ (от тканей к лёгким), миоглобин – депо кислорода к работающей мышце. 32. Гемоглобин, структура и функции. Типы гемоглобинов. Отличие от миоглобина. Биологическая роль гемоглобина состоит в доставке кислорода от лёгких к тканям и выведении в обратном порядке углекислого газа. Гемоглобин имеет четвертичную структуру и состоит из белковой части – глобина и небелковой части – гема. Молекула гемоглобина содержит четыре полипептидные цепи, внутри каждой полипептидной цепи есть «гидрофобный карман», который образован гидрофобными радикалами аминокислот. В нём и располагается гем. Таким образом, в каждой молекуле гемоглобина содержится 4 молекулы гема. Гем с белковой частью молекулы удерживается за счёт ионных, гидрофобных и координационных взаимодействий. Физиологические типы гемоглобина: 1. Примитивный (HbP) – формируется у зародыша, у трёхмесячного эмбриона заменяется на фетальный 2. Фетальный (HbF) или гемоглобин новорождённых 3. Гемоглобин взрослого человека (HbA) Миоглобин в отличие от гемоглобина имеет третичную структуру. Он в 5 раз быстрее связывает кислород, тем самым создаёт кислородный резерв в мышечной ткани 33. Представители геминовых ферментов. Их биологическая роль Ферменты (каталаза, пероксидаза, цитохромы). Ферменты каталаза и пероксидаза разрушают токсичную перикись водорода, цитохромы являются переносчиками электронов в цепи переноса электронов. 34. Флавопротеины. Структура и функции. Представители Флавопротеины в качестве простетической группы содержит флавинадениндинкулеотид или флавинмононуклеотид, в состав которых входит витамин В 2 Флавопротеинами, например, являются ферменты моноаминооксидазы. Они играют важную роль в биоэнергетике клетки. |