Лекции по бх. Втретьих, биохимия оказывает все более глубокое воздействие на медицину

• Название: Втретьих, биохимия оказывает все более глубокое воздействие на медицину
• Дата: 06.06.2020
• Размер: 355.5 Kb.
• Имя файла: Лекции по бх.doc
• Тип: Лекция; #128429
• страница: 2 из 5

Пептиды

Пептид состоит из двух и более аминокислотных остатков, связанных пептидными связями. Пептиды, содержащие до 10 аминокислот, называются олигопептидами. Часто в названии таких молекул указывают количество входящих в состав олигопептида аминокислот: трипептид, пентапептид, окта­пептид и т.д. Пептиды из более чем 10 аминокислотных остатков называ­ются полипептидами. Полипептиды состоящие из более чем 50 аминокислот­ных остатков, обычно называют белками. Однако эти названия условны, так как в литературе термин «белок» нередко употребляют для обозначения по­липептида, содержащего менее 50 аминокислотных остатков.

Имеется несколько классификаций пептидов. В частности их можно подразделять на следующие классы:

1.Регуляторные пептиды: глутатион, ангиотензин, брадикинин.

2.Пептиды – гормоны: окситоцитонин, вазопрессин, гастрин и др.

3.Нейропептиды, их разделяют на 18 групп. К ним относятся энкефа­лины, эндорфины, гипоталамические либерины и статины и др.

1.Алкалоиды: эрготамин, пандамин.

2.Пептиды – антибиотики: грамицидины А, В, С; актиномицин Д; поли­миксины.

3.Токсины и антитоксины: фаллоидин, аманитин, антаманид, мелли­тин.

Методы разделения пептидов

1.Хроматография – ее разновидности:

- жидкостная хроматография при высоком давлении на колонках с обращенной фазой;

- гельфильтрация.

2.Электрофорез – его разновидности:

- высоковольтный электрофорез на молекулярных ситах;

- изоэлектрическое фокусирование.

Автоматический синтез пептидов

Процесс состоит из следующих этапов:

1.С-концевая аминокислота присоединяется к нерастворимой частичке смолы.

2.Вводится вторая аминокислота с блокированной аминогруппой и в при­сутствии дегидратирующего агента образуется пептидная связь.

3.Блокирующая группа отщепляется кислотой, образуются газообразные продукты, которые удаляются.

4.Стадии 2 и 3 повторяются со следующими аминокислотами до оконча­ния синтеза пептида.

5.Полипептид отщепляется от частички смолы.

6.На образование каждой пептидной связи необходимо около 3 часов.

Биологические функции белков

1.Структурная.

2.Резервная (трофическая, субстратно-энергетическая).

3.Ферментативная (каталитическая).

4.Гормональная (регуляторная).

5.Рецепторная.

6.Транспортная.

7.Сократительная.

8.Электроосмотическая (Na⁺, К⁺-АТФаза).

9.Энерготрансформирующая.

10.Иммунологическая.

11.Гемостатическая.

12.Обезвреживающая.

13.Токсигенная.

Физико-химические свойства белков

- форма и размеры белковой молекулы;

- высокая молекулярная масса;

- высокая вязкость растворов;

- способность к набуханию;

- оптическая активность;

- низкое осмотическое и высокое онкотическое давление;

- заряд молекулы (изоэлектрическая точка);

- амфотерность;

- растворимость;

- неспособность проникать через полунепроницаемые мембраны;

- способность к денатурации.

Уровни структурной организации белков

Первичная структура – строго определенная линейная последователь­ность аминокислот в полипептидной цепочке.

Стратегические принципы изучения первичной структуры белка претер­певали значительные изменения по мере развития и усовершенствования при­меняемых методов. Следует отметить три основных этапа в их развитии. Первый этап начинается с классической работы Ф. Сенгера (1953) по установ­лению аминокислотной последовательности инсулина, второй – с широкого введения в структурный анализ белка автоматического секвенатора (начало 70-х годов 20 века), третий – с разработки скоростных методов анализа нуклеотидной последовательности ДНК (начало 80-х годов 20 века).

Первичная структура белка определяется:

1.Природой входящих в молекулу аминокислот.

2.Относительным количеством каждой аминокислоты.

3.Строго определенной последовательностью аминокислот в полипептидной цепи.
Вторичная структура белка – конфигурация полипептидной цепи, обра­зующаяся в результате взаимодействий между её функциональными группами.

Разновидности вторичной структуры: 1. α-спираль. 2. Складчатый лист (β-структура). 3. Статистический клубок. Первые две разновидности представ­ляют собой упорядоченное расположение, третья – неупорядоченное.

Супервторичная структура белков.

Третичная структура белка – пространственная ориентация полипептид­ной цепи или способ ее укладки в определенном объеме.

В зависимости от формы третичной структуры различают глобулярные и фибриллярные белки. В глобулярных белках чаще преобладает α-спираль, фиб­риллярные белки образуются на основе β-структуры.

В стабилизации третичной структуры глобулярного белка могут при­нимать участие:

- водородные связи спиральной структуры;

- водородные связи β-структуры;

- водородные связи между радикалами боковых цепей;

- гидрофобные взаимодействия между неполярными группами;

- электростатические взаимодействия между противоположно заряженными группами;

- дисульфидные связи;

- координационные связи ионов металлов.

Четвертичная структура белка – способ укладки в пространстве от­дельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой (или различной) первич­ной, вторичной или третичной структурой, и формирование единого в струк­турном и функциональном отношениях макромолекулярного образования.

Четвертичная структура характерна для белков, состоящих из несколь­ких субъединиц. Взаимодействие между комплементарными участками субъеди­ниц в четвертичной структуре осуществляется с помощью водородных и ион­ных связей, ван-дер-ваальсовых сил, гидрофобных взаимодействий. Реже возникают ковалентные связи.

Функционирование белков

Каждый индивидуальный белок, имеющий уникальную первичную струк­туру и конформацию, обладает и уникальной функцией, отличающей его от всех остальных белков. Набор индивидуальных белков выполняет в клетке мно­жество разнообразных и сложных функций.

Необходимое условие для функцинирования белков – присоединение к нему другого вещества, которое называют лигандом. Лигандами могут быть как низкомолекулярные вещества, так и макромолекулы. Взаимодействие белка с лигандом высокоспецифично, что определяется строением участка белка, называемого центром связывания белка с лигандом или активным центром.

Характеристика активного центра

Активный центр белка – относительно изолированный от окружающей белок среды участок, сформированный аминокислотными остатками. В этом участке каждый остаток, благодаря своему индивидуальному размеру и функ­циональным группам, формирует «рельеф» активного центра.
Многообразие лигандов:

- Лигандами могут быть неорганические (часто ионы металлов) и органиче­ские вещества, низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества;

- существуют лиганды, которые изменяют свою химическую структуру при присоединении к активному центру белка (изменения субстрата в актив­ном центре фермента);

- существуют лиганды, присоединяющиеся к белку только в момент функцио­нирования (например, О₂, транспортируемый гемоглобином), и ли­ганды, постоянно связанные с белком, выполняющие вспомогательную роль при функционировании белков (например, железо, входящее в состав гемо­глобина).
Лекция 3

Ферментами или энзимами называют специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов и выполняющие роль биоло­гических катализаторов.

Общие свойства ферментов и неорганических катализаторов:

1.Не расходуются в процессе реакции.

2.Оказывают свое действие при малых концентрациях.

3.Не оказывают влияния на величину константы равновесия реакции.

4.Их действие подчиняется закону действующих масс.

5.Не ускоряют термодинамически невозможных реакций.

6.Отличия ферментов от неорганических катализаторов.

7.Термолабильность ферментов.

8.Зависимость активности ферментов от рН среды.

9.Специфичность действия ферментов.

1.Скорость ферментативных реакций подчиняется определенным кинетиче­ским закономерностям.

2.Активность ферментов зависит от действия регуляторов – активаторов и ингибиторов.

3.Ряд ферментов при формировании третичной и четвертичной структуры подвергаются постсинтетической модификации.

4.Размеры молекулы ферментов обычно намного превышают размеры их суб­стратов.

Структура молекулы ферментов

По строению ферменты могут быть простыми и сложными белками. Фермент, являющийся сложным белком называют холоферментом. Белковая часть фермента называется апоферментом, небелковая часть – кофактором. Различают два типа кофакторов:

1.Простетическая группа – прочно связана с апоферментом, часто ковалент­ными связями.

2.Кофермент – небелковая часть, легко отделяемая от апофермента. Часто коферментами служат производные витаминов.

К коферментам относятся следующие соединения:

- производные витаминов;

- гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатцик­лазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой ферментов;

- нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты;

- убихинон или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в цепи тканевого дыхания;

- фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата;

- глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях.

Кофакторы – ионы металлов

Более 25 % всех ферментов для проявления полной каталитической ак­тивности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим их роль в ферментатив­ном катализе.

Роль металлов в присоединении субстрата в активном центре фермента. Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.
Ионы металлов – стабилизаторы молекулы субстрата. Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом ме­талла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg²⁺-АТФ. В этом случае ион Mg²⁺ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стаби­лизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.
Схематично роль кофактора при взаимодействии фермента и субстрата можно представить как комплекс E-S-Me, где Е – фермент, S – субстрат, Ме – ион металла.

Ионы металлов – стабилизаторы активного центра фермента.В неко­торых случаях ионы металлов служат «мостиком» между ферментом и суб­стратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облег­чая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечис­ленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Mo²⁺. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название «металлоэнзимы».

К металлоэнзимам относят, например, фермент пируват- киназу.

Роль металлов в стабилизации структуры фермента. Ионы металлов обеспе­чивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к хими­ческому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и дру­гих незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

Иногда в стабилизации вторичной и третичной структуры принимают участие ионы щёлочноземельных металлов. Так, для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы К⁺.

Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, ка­тализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка.