введение. белки (1). Введение в биохимию
 Скачать 2.15 Mb.
|
Введение в биохимию.
Биохимия
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОХИМИИНеобходимость борьбы с болезнямизаставляла задумываться о превращениивеществ в организме, искать объяснениецелебным свойствам растений. Авиценна (980-1037, персидский философ, врач)– разработал первую химическую классификациювеществ, применяемых в медицине,и изложил еев труде «Канон врачебной науки».
К концу 18 века был накоплен огромный материал о строении и свойствах различных как органических, так и неорганических веществ. Впервые в научной литературе
термин «биохимия» использовалв 1903 году немецкий химик,врач –дерматолог Карл Нейберг. Установил ключевое положение пировиноградной кислоты в углеводном обмене. Научные исследования К. Нейберга посвящены преимущественно обмену углеводов, брожению, ферментам.Был избран членом многих академий (в т. ч. иностранным членом АН СССР, с 1925 г.) и научных об-в (в т. ч. членом об-в врачей в Москве и Харькове).Были заложены главные направления биохимии;
Достижения биохимии стали широко применять в медицине, фармации, народном хозяйстве
1. Биотехнологическую, т.е. создание фармацевтических препаратов (гормонов, ферментов), регуляторов роста растений, средств борьбы с вредителями, пищевых добавок.2. Проводит разработку новых методов и средств диагностики и лечения наследственных заболеваний, канцерогенеза, природы онкогенов и онкобелков.
4. Изучает молекулярные основы памяти, психики, биоэнергетики, питания и целый ряд других задач.Биохимия объединяет все науки о живом, помогает познать, как протекают в живых организмах физические и химические процессы, как действуют лекарственные препараты. Зная состав различных органов и тканей и их количественное изменение, можно поставить диагноз, знать, правильно ли назначено лечение, следить за проводимой терапией, поставить прогноз заболеванию. Биохимиясостоит как бы из трех частей: 1) статическая биохимия - это анализ химического состава живых организмов; 2) динамическая биохимия - изучает совокупность превращения веществ и энергии в организме; 3) функциональная биохимия исследует процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности2. Понятие о белках. Функции белков. Белки – это высокомолекулярные биополимеры, состоящие из остатков аминокислот. Название происходит от греческого слова protos – первый, важнейший. Термин предложен в 1838 году Мульдером, отражает первостепенное биологическое значение белков. В организме человека имеется более 50000 белков. С белками связаны все признаки, отличающие живое от неживого: воспроизводимость, сократимость, обмен веществ, высокий уровень структурной организации, способность преобразовывать и использовать энергию. Функции белков 1. Структурная (пластическая, опорная) – определяет структуру тела человека, растений, животных, вирусов, микроорганизмов, входят в состав различных биологических мембран. Имеется целая группа белков, для которых эта функция является основной – коллагены, эластины, кератины 2. Каталитическая – белки обладают свойствами биокатализаторов(ферментов), ускоряя течение биологических процессов в организме. 3. Энергетическая – за счет части аминокислот. На долю белка приходится 10-12% энерго-потребления у человека. 4. Транспортная – белки переносят с кровью и другими биологическими жидкостями вещества, нерастворимые в воде (витамины, металлы, липиды, газы) и способствуют транспорту этих веществ через мембраны. 5. Защитная – а) белки стоят на страже химической индивидуальности вида (при поступлении чужеродного белка – антигена, несущего «чужую» генетическую или химическую информацию в организме вырабатываются антитела, образуется комплекс антиген-антитело и он исключается из метаболического круга путем осаждения, лизиса и т.д. б) защита организма при ранении путем свертывания крови (только у млекопитающих). Для выполнения этой функции в организме образовался целый комплекс белков, главным из них является фибриноген. Плазмин – белок плазмы крови, ускоряющий расщепление фибрина. Это обеспечивает восстановление проходимости сосудов, закупоренных фибриновым сгустком. в) связывание токсических веществ, поступивших извне или образовавшихся в результате метаболических реакций (например, альбумины плазмы крови связывают билирубин, СЖК, лекарства). д) интерфероны – блокируют синтез вирусных белков путем индукции синтеза ряда внутриклеточных ферментов. 6. Сократительная – обеспечивает способность к перемещению тела в пространстве, сокращение сердца, дыхание, перистальтику кишечника и др. 7. Регуляторная – белки играют важную роль в обменных процессах, осуществляют связь внутренней среды организма с внешней средой. Это гормоны, ферменты, БАВ, пептиды и т.д.). Рецепторы, через которые осуществляются регуляторные процессы также являются белками. 8. Передача наследственных признаков. Белки «запускают» процесс передачи наследственной информации и контролируют его на всем протяжении. 9. Способствуют поддержанию стабильного онкотического давления, входят в состав буферных систем, поддерживающих рН внутренней среды и т.д. 3. Общие свойства белков. Классификация белков Несмотря на большое разнообразие белков в природе и многочисленные функции, для всех их существует ряд общих свойств, позволяющих отличить белки от других классов соединений. 1. близкий элементарный состав. Все белки в своем составе содержат элементы: С, О, N, Н, S, причем в близких количественных соотношениях: С – 53%, О – 22%, N – 16%, Н – 7%, S – 2%. 2. Большие размеры и определенная форма белковых молекул. 3. Гидролиз белка идет по схеме: белки →пептиды → аминокислоты. 4. В природные белки входят 20 альфа-аминокислот. По возможности синтезироваться в организме аминокислоты делятся на заменимые (синтезируются в организме), полузаменимые (синтезируются в недостаточном количестве - Гис, тир, арг) и незаменимые (не синтезируются в организме - лей, иле, вал, лиз, тре, мет, фен, три). 5. реакции осаждения. Бывают 2 видов – с потерей (денатурация) и без потери (высаливаниме) нативных свойств белка Белки составляют значительную часть тканей живого организма: до 25% сырой и до 45—50% сухой массы. Они содержат : Углерода -50— 59%, Водорода 6,5—7,3%, Азота 15—18%, Кислорода 21—24%, Серы до 2,5%. Для большинства белков характерна довольно постоянная доля азота (в среднем 16% от сухой массы) по сравнению с другими элементами. Этот показатель используют для расчета количественного содержания белка. Первичная структура белка Под первичной структурой белка понимают порядок чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Замена одного аминокислотного остатка на другой может привести к патологии. Например В белковой цепи гемоглобина замена Глутаминовой кислоты на Валин приводит к тяжелому заболеванию –серповидноклеточной анемии Вторичная структура белка Под вторичной структурой белка понимают способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру. В 1950 году Полинг и Кори установили, что для полипептидной цепи одной из наиболее выгодных конформаций является расположение в пространстве в виде правозакрученной спирали, названной ими α-спиралью. На каждый виток α-спирали приходится:
-угол подъема витка равен 26°. Формирование и поддержание α-спиральной конфигурации происходит за счет водородных связей, образующихся между пептидными группами В природных белках существуют только правозакрученные а-спирали.
β-Складчатый слой— второй вид вторичной структуры Во многих белках одновременно имеются и a-спирали или b-слоя. В складчатые листы укладываются вытянутые полипептидные цепи, связываемые множеством водородных связей между пептидными группами.
- показывает, как макромолекула белка или полипептида изогнута и гидратирована в природном белке. Третичная структура белков и полипептидов Среди связей, удерживающих третичную структуру, следует отметить: а) дисульфидный мостик ( – S – S – ) б) сложноэфирный мостик (между карбоксильной группой-СООН и гидроксильной группой -ОН) в) солевой мостик (между карбоксильной группой и аминогруппой) г) водородные связи. Четвертичная структура: Для функционирования белков необходимо, чтобы несколько полимерных цепей были объединены в единый комплекс или агрегат. Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера, мономера или субъединицы, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входящих в его состав протомеров, т.е. возникает новое качество, не свойственное мономерному белку. Образовавшуюся молекулу принято называть олигомером. Олигомерные белки чаще построены из четного числа протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8) с одинаковыми или разными молекулярными массами – от нескольких тысяч до сотен тысяч. В частности, молекула гемоглобина состоит из двух одинаковых α- и двух β-полипептидных цепей, т.е. представляет собой тетрамер. Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называют первичной структурой белка.Аминокислотная последовательность не является единственным фактором, определяющим форму белковой молекулы. В клетке существуют специальные молекулы, которые активно участвуют в фолдинге белков. Шапероны Для образования правильной структуры с еще несвернувшейся пептидной цепочкой связываются специальные белки — шапероны. Связывание с шаперонами препятствует агрегации с другими белками и тем самым создает условия для нормального сворачивания растущего пептида.. .
2. Молекулы, созданные для удержания частично свернутой молекулы белка в определенном положении. Это необходимо, чтобы система имела возможность закончить фолдинг (удерживающие шапероны — holding chaperones). 3. Шапероны, разворачивающие белки с неправильной формой (дезагрегирующие шапероны — disaggregating chaperones). 4. Шапероны, сопровождающие белки, транспортируемые через клеточную мембрану (секреторные шапероны — secretory chaperons). Существует четыре типа молекул, которые играют роль таких шаперонов |