БХ Белки. Тре общая формула аминокислот
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
БЕЛКИ ( протеины- «первый, главный» - лат .) – высокомолекулярные соединения, состоящие из L-аминокислот, соединенных пептидными связями. Первым открыт в 1806 г. АСН , последняя аминокислота в 1938 г. ТРЕ Общая формула аминокислот NH 3 + CH α R COO - Белки представляют собой полипептиды, т.е. линейные полимеры α-аминокислот, соединенных пептидной связью. N Конец Пептидная связь H 2 N СH R 1 C N СH R 2 C O H O … N СH R 2 COOH H N СH R 2 C H O Аминокислотный остаток С Конец Особенности строения полипептидной цепи • Остов полипептидной цепи составляет монотонно чередующиеся химические группы -NH-CH-CO- , окруженные разнообразными по химической структуре радикалами аминокислот; • C и N в остове полипептидной цепи расположены в одной плоскости, а H α- углеродного атома и R направлен к этой плоскости под углом 109°; • В соседних аминокислотах расположение H и R противоположно; • Расстояние между атомами C и N в пептидной связи 1,32 Ā ( N и α-С – 1,47Ā, а между C и N в двойной связи – 1,25 Ā) C O N H CH C O N H CH C O N H CH C N H O Радикал аминокислоты α-Углеродный атом R R R Пептидная связь 1,32 Ā Связь N и α-С = 1,47 Ā Уровни организации белковой молекулы Первичная структура белков характеризует линейную последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Закономерности первичной структуры белка • Белки имеют нерегулярную последовательность аминокислотных остатков; • Для каждого белка в организме характерна своя определенная последовательность аминокислот ( уникальность ); • Практически нет белков, в которых встречаются подряд более трех одинаковых аминокислот; • Белки, входящие в различные организмы, но выполняющие сходные функции, имеют небольшие различия в первичной структуре (универсальность) ; Уровни организации белковой молекулы • Первичная структура определена генетически (детерминированность) , но точность воспроизведения не абсолютна; • Замена аминокислот в полипептидной цепи со сходными по структуре и физико-химическим свойствам не приводит к изменениям функции белковой молекулы или функция изменяется незначительно (взаимозаменяемые аминокислоты: глу-асп, гли-ала, лей-илей, консервативная, нерадикальная замена ); • Замена аминокислот в полипептидной цепи с различными по структуре и физико-химическим свойствам приводит к резким изменениям функции белковой молекулы (невзаимозаменяемые аминокислоты: глу-вал, асп-фен, радикальная замена ). • При взаимодействии функциональных групп и радикалов аминокислот полипептидной цепи между собой и молекулами растворителя согласно 2 принципу термодинамики (любая замкнутая система стремится к изменению состояния, когда ее внутренняя энергия будет наименьшей) возникает пространственная трехмерная структура, которую называют конформацией. • Наиболее стабильной является нативная конформация, обладающая наименьшей свободной энергией и возникающая в физиологических условиях (оптимум температуры, рН). Это дает возможность выделять белки и использовать в научных, диагностических и лечебных целях. Вторичная структура белков – пространственная трехмерная структура (конформация), образующаяся в результате взаимодействия между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова. При этом пептидные цепи могут приобретать регулярные структуры двух типов: α-спираль и β–складчатость. α-спираль – это: 1. правозакрученная спираль; 2. имеет определенный шаг спирали (5,4 ангстрема, в составе 3,6 аминокислотных остатка); 3. наиболее выгодная в энергетическом отношении конформация; 4. обусловлена взаимодействием СО и NН пептидных групп, с образованием внутрицепочечных водородных связей. β–структура стабилизируется за счет образования внутрицепочечных водородных связей между атомами пептидных групп одной полипептидной цепи , делающей изгибы, или между разными полипептидными цепями ( межцепочечные водородные связи). Больше встречается в фибриллярных белках с бедным по составу аминокислотным набором (преобладание ала, гли, про, опро). Степень спирализации у различных белков различна (гемоглобин – 75% спирализация, пепсин – 28%, химотрипсин – 11% и т.д.). Это зависит от: 1. количества аминокислот, участвующих в стабильной спирализации (ала, лей, фен, гис), не участвующих (сер, илей, асп, глу, лиз, арг) и препятствующих спирализации (про, опро); 2. Наличие участков, где близко расположено несколько одинаково заряженных радикалов аминокислот; 3. Наличие участков, где близко расположено несколько объемных радикалов аминокислот (илей, мет, три, лей). В неспирализованных участках пептидные цепи наиболее подвижны и легче атакуются ферментами. Пептидная связь, образуемая аминогруппой пролина, отличается от других пептидных связей: у атома азота пептидной группы отсутствует водород, вместо него имеется связь с радикалом, в результате одна сторона цикла включается в пептидный остов. H 2 N СH CH 3 CO N СH H 2 C COOH CH 2 CH 2 Ала Про Аланилпролин Третичная структура белков – конформация, образующаяся за счет взаимодействия между радикалами аминокислот, которые могут находиться на значительном расстоянии друг от друга в полипептидной цепи. Каждая отдельная полипептидная цепь называется мономером. При укладке полипептидной цепи при взаимодействии с молекулами растворителя принимается энергетически наиболее выгодная форма, характеризующаяся минимумом свободной энергии. Типы связей, возникающих между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры белка 1 – ионные ; 2 – водородные ; 3 – гидрофобные ; 4 – дисульфидные. Третичная структура имеет для белков следующие особенности: • Укладка полипептидной цепи очень плотная ; • Все гидрофильные (полярные) радикалы аминокислот расположены на поверхности молекулы белка и гидратированы (лиз, арг, гис, глу, асп, тре, цис, сер, асн, глн); • Почти все гидрофобные (неполярные) радикалы аминокислот находятся в глубине молекулы белка (лей, илей, три, фен, тир, вал, про, опро); • В местах сгибов полипептидной цепи находятся про, опро , в меньшей степени аминокислоты, не участвующие в спирализации; • Белки, выполняющие сходные функции у различных млекопитающих, имеют сходную третичную структуру. Домен – участок полипептидной цепи, который в процессе формирования пространственной структуры приобретает конформацию глобулярного белка. Четвертичная структура белка характеризует способ объединения отдельных полипептидных цепочек (они в четвертичной структуре получили название протомеров ) с образованием единой функционирующей молекулы. Белки, состоящие из нескольких протомеров называют олигомерами (гемоглобин, иммуноглобулины), если протомеров много - мультимерами (большинство ферментов). Основные типы связей в четвертичной структуре белков – гидрофобные и дисульфидные. Субъеденица – функциональное понятие, это фрагмент олигомера, сохраняющего активность единой молекулы. Образование пространственной структуры белка – важнейший биологический процесс, т.к. от этого зависит его функция. Процесс образования конформации получил название «фолдинг белка». Взаимосвязь между генотипом и конформацией белков синтезирующихся в организме индивидуума ДНК (ген) Первичная структура белка Реализация генетической информации Фолдинг Конформация белка (пространственная структура) В процессе синтеза полипептидных белков, транспорта их через мембраны, сборке олиго и мультимеров могут возникать промежуточные нестабильные конформации, склонные к агрегации за счет радикалов аминокислот. Поэтому во время формирования нативной конформации такие радикалы аминокислот одних белков должны быть отделены от радикалов других белков. Во всех известных организмах от прокариотов до высших эукариотов обнаружены белки, способные связываться с белками, находящимися в неустойчивом состоянии, склонном к агрегации. Эти низкомолекулярные, высококонсервативные белки (6 групп с ММ от 40 до 110 кД) способные стабилизировать конформацию, обеспечивая фолдинг белка, получили название «шапероны». При нарушении фолдинга белков (возможно это связано с нарушение синтеза шаперонов или усилением активности протеаз) возникают болезни называемые амилоидозами (амилоиды – фибриллярные отложения плохорастворимых белков). В настоящее время известно более 15 таких болезней. Болезнь Альцхаймера – наиболее встречающийся амилоидоз нервной системы. 1. В первую категорию включены белки, в которых имеются только α-спирали, например миоглобин и гемоглобин. Вторичная структура миоглобина По наличию α-спиралей β-структур глобулярные белки могут быть разделены на четыре категории: По наличию α-спиралей β-структур глобулярные белки могут быть разделены на четыре категории: 2. Во вторую категорию входят белки в которых имеются и α-спирали и β-структуры. Вторичная структура триозофосфатизомеразы и домена пируваткиназы По наличию α-спиралей β-структур глобулярные белки могут быть разделены на четыре категории: 3. В третью категорию включены белки, имеющие только вторичную β-структуру. Вторичная структура константного домена иммуноглобулина супероксиддисмутазы (Б) По наличию α-спиралей β-структур глобулярные белки могут быть разделены на четыре категории: 4. В четвертую категорию включены белки, имеющие в своем составе незначительное количество регулярных вторичных структур. К таким белками можно отнести небольшие, богатые цистеином белки или металлопротеины. Потеря нативной конформации, сопровождающаяся утратой специфической функции белка называется денатурацией белков (необратимая, обратимая). При этом первичная структура белка не нарушается. Факторы денатурации: высокая температура, интенсивное встряхивание, органические вещества, кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, детергенты (наиболее известны мыла). Классификация белков • По форме (глобулярные, фибриллярные); • По составу (простые, сложные – нуклео-, глико-, липо-, хромо-, металлопротеиды); • По функции (каталитические, регуляторные, структурные, транспортные, защитные, рецепторные, сократительные). |