| Вы не авторизованы! [ Войти
] | [ Регистрация ] |
|
| Форум » Теория » Тема: Биологическая химия. Лекция №1 Белки и аминокислоты -- Страница 1 |
Перейти в: |
|
|
|
Юнона
Зарегистрированный пользователь
Из: планета Земля)
Сообщения: 218
|
 |
Биологическая химия. Лекция №1 Белки и аминокислоты |
|
| Отправлен: 02-12-2014 17:53 |
|
|
Курс лекций и методических указаний, рекомендуемых при изучении курса биологической химии
Skip to content
Лекция №1 Белки и аминокислоты
Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, состоящие из аминокислот, соединенных с помощью пептидных связей и имеющие сложную структурную организацию.
Одни и те же аминокислоты присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования аминокислот в белке.
Характерные признаки белков, отличающие их от других органических соединений клетки:
1 .Белки являются азотсодержащими соединениями, как многие другие компоненты клетки (нуклеиновые кислоты, некоторые липиды, углеводы), но в отличии от других органических вещества, содержание азота значительно больше – в среднем16 грамм на 100 грамм белка.
2.Структурной единицей белков являются альфа аминокислоты L-ряда.
3.Аминокислоты связаны в белках с помощью пептидных связей, образуя полипептидную цепь.
4.Белки имеют большую молекулярную массу (от 5000 до нескольких миллионов дальтон).
5.Отличаются белки сложной структурной организацией (имеют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру).
Основные функции белков:
1.Ферментативная (или каталитическая). Многие белки являются ферментами, например, пепсин, трипсин.
2.Регуляторная. Некоторые гормоны являются белками (Инсулин, глюкагон)
3.Структурная. Во все структуры живой клетки входят белки.
4.Рецепторная. Белки являются обязательным компонентом рецепторов, способны узнавать другие молекулы.
5.Транпортная. (Альбумины, глобулины — транспорт питательных, лекарственных веществ с кровью)
6.Опорная. Коллаген, белки костной ткани.
7.Энергетическая. Окисление 1 г белка сопровождается выделением 17,6 кДЖ энергии. В сутки 15% энергии образуется за счёт распада белков.
8.Сократительная. Белки мышечной ткани — актин, миозин.
9.Генно-регуляторная функция . (Гистоны, ДНП, РНП)
10.Иммунологическая. Антитела являются белками.
11 .Гемостатическая. Фибриноген и другие белки плазмы крови участвуют в процессах свертывания крови.
Аминокислоты — Структурные компоненты белков
Аминокислоты — карбоновые кислоты, которые при альфа-углеродном атоме содержат карбоксильную и аминогруппу. Ниже представлены формулы основных аминокислот.
Все аминокислоты, входящие в состав белков, характеризуются следующими особенностями:
а) по положению аминогруппы они являются a-аминокислотами (аминогруппа стоит рядом с карбоксильной группой).
б) все они относятся к L-ряду, так как аминогруппа у асимметричного (хирального) атома углерода записывается слева. Исключение составляет глицин, который не имеет асимметричного атома углерода, его боковая цепь представлена атомом водорода.
в) имеют одинаковый общий фрагмент и отличаются только строением боковой цепи (R), свойства которой во многом определяют свойства самих аминокислот и белков, в состав которых они входят. Именно различия в форме, размерах и полярности позволяют аминокислотам быть теми строительными блоками, которые использует эволюция, чтобы удовлетворить жесткие требования к структуре белков.
г) в растворах при нейтральных значениях рН альфа-аминокислоты существуют преимущественно в виде внутренних солей. В сильно кислой среде преобладает катионная форма, в сильно щелочной – анионная. (
Классификация аминокислот
По химической природе аминокислоты делятся на алифатические (ациклические), ароматические, гетероциклические .
1. Алифатические — валин, лейцин
2. Аромитические — фенилаланин, тирозин
3. Гетероциклические — гистидин, триптофан
По основности аминокислоты подразделяются в зависимости от наличия дополнительных кислотных или основных функциональных групп.
1. кислотные — аспарагиновая, глутаминовая
2. основные — лизин, аргинин
По незаменимости аминокислоты делят на три группы:
1. Незаменимые (8 аминокислот)
2. Частичнозаменимые (2 аминокислоты)
3. Заменимые (10 аминокислот)
Уровни структурной организации белковых молекул
Структура белковых молекул отличается значительной сложностью и своеобразной организацией. Различают 4 уровня структурной организации белка: первичную, вторичную, третичную и четвертичную.
Первичная структура – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи, соединенных пептидными связями. К настоящему времени полностью расшифрована первичная структура многих белков: инсулина, гемоглобина, миоглобина, трипсиногена, лизоцима и др. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет последующие уровни структурной организации белка, его важнейшие физико-химические, биологические свойства и является уникальной в каждом отдельном случае (закрепленной генетически).
Вторичная структура – это конфигурация полипептидной цепи в пространстве, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова.
Вторичная структура белков (a-спираль). Полипептидная цепь образует спираль вращением вокруг воображаемого цилиндра.
Вид с торца a-спирали – проекции боковых групп ориентированы произвольно.
Отдельные участки полипептидной цепи существуют в виде a -спирали, бета- структуры (складчатого листа), нерегулярные вторичные структуры (кольца, изгибы, петли).
Вторичная структура характеризует организацию полипептидного скелета. Внешне альфа-спираль похожа на слегка растянутую спираль телефонного шнура. Термин “альфа-спираль” предложил Л. Полинг, открывший такую укладку в кератине. На один виток спирали в среднем приходится 3,6 аминокислотных остатка, а шаг спирали составляет 0,54 нм. альфаспираль стабилизируется (т.е. удерживается) с помощью большого количества водородных связей, которые образуются между атомами водорода и атомами более электоотрицательного кислорода — атомов, входящих в состав пептидных групп.
Это означает, что группа >С=О одной пептидной связи образует водородную связь с группой -N-Н другой пептидной связи, отстающей от первой на четыре аминокислотных остатка. Водородные связи между >С=О и — N-H направлены параллельно оси спирали.
Водородные связи как бы сшивают спираль, удерживая полипептидную цепь в закрученном состоянии. Некоторые аминокислоты в силу строения их боковых групп препятствуют спирализации цепи. Например, пролин или оксипролин не содержат атома водорода в пептидной группе и, следовательно, не могут образовывать водородные связи. Поэтому участки полипептидной цепи, где есть пролин или оксипролин не способны к спирализации и полипептидная цепь делает изгиб “шпильку”.
Структура бета — складчатого листа. Эта структура напоминает меха аккордеона.
Структура складчатого листа
бета – структура формируется между линейными участками одной полипептидной цепи, образуя при этом складки или между разными полипептидными цепями. Полипептидые цепи или их части могут формировать параллельные и антипараллельные альфа-структуры.
Структура складчатого листа характерна для фибриллярных белков (нитевидных).
Соединительные петли — это участки полипептидной цепи, которые по конформации нельзя отнести ни к a-спирали, ни к b-складчатому листу. В соединительных петлях не все пептидные группы участвуют в образовании водородных связей и такие участки чаще находятся на поверхности белковой глобулы, в области ее контакта с водой.
Во многих белках одновременно имеются a-спиральные участки, b-структуры и соединительные петли. Природных белков, состоящих на 100% из a-спирали практически нет. Белки имеют неодинаковую степень спирализации. Высокая степень альфа-спирализации характерна для белков миоглобина, гемоглобина.
Напротив, белки опорных тканей кератин , коллаген (белок сухожилий, кожи) имеют в основном b-структуру.
Определенные сочетания альфа-спиралей и бета-структур в некоторых белках называют супервторичной структурой белков. Они имеют специфические названия: структура «бета-бочонка», «цинковый палец» и др.
Фрагмент ДНК-связывающего белка в форме «цинкового пальца»
«Цинковый палец» — фрагмент белка, содержащий около 20 аминокислотных остатков, в котором атом цинка связан с боковыми группами 4 аминокислот: с двумя остатками цистеина и двумя гистидина. Два близко лежащих остатка цистеина отделены от 2 других остатков гистидина аминокислотной последовательностью состоящей из 12 аминокислотных остатков. Этот участок белка образует ? – спираль, которая может специфически связываться с регуляторными участками ДНК.
Третичная структура — это способ укладки полипептидной цепи в пространстве в виде компактной упаковки, за счет связей между радикалами. Эти взаимодействия могут возникать между группами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга и полипептидная цепь, многократно изгибаясь, складываясь, образует глобулы или фибриллы, В поддержании третичной структуры важную роль играют слабые, но многочисленные водородные связи, ионные и гидрофобные взаимодействия, а также сильные дисульфидные связи.
а) Дисульфидные связи возникают между молекулами цистеина, расположенными на различных участках полипептидной цепи (идет окислительно-восстановительный процесс).
б) Ионные взаимодействия возможны между различными участками полипептидной цепи, имеющими разноименно заряженные группы. Этот вид взаимодействия возможен между моноаминодикарбоновыми кислотами (асп, глу), боковые цепи которых имеют отрицательный заряд и диаминомонокарбоновыми аминокислотами (лизин, аргинин), боковые цепи которых имеют положительный заряд.
в) Гидрофобные взаимодействия
Полипептидная цепь укладывается таким образом, что гидрофильные боковые группы (R- группы) аминокислот обращены наружу, а гидрофобные располагаются внутри. Гидрофобные группировки, испытывая отвращение к воде, стремясь избежать соприкосновения с ней, теснее сближаются друг с другом и взаимодействуют между собой.
Третичная структура — уникальное для каждого белка расположение в пространстве полипептидной цепи, зависящее от количества и чередования аминокислот, т.е. предопределенное первичной структурой. Благодаря наличию третичной структуры определяется форма белковой молекулы, характерная для каждого белка и необходимая для проявления его специфических, биологических свойств.
По форме белковых молекул белки бывают двух типов: фибриллярные (нитевидные) полипептидные цепи, они расположены параллельно друг другу, глобулярные, в которых полипептидные цепи плотно свернуты и образуют компактные структуры округлой формы — глобулы.
Примером фибриллярных белков являются белки соединительных тканей коллаген, эластин. Типичными глобулярными белками являются гемоглобин, миоглобин. Некоторые белки могут существовать как в глобулярной, так и в фибриллярной форме. Например, сократительный белок мышц актин.
Характерным глобулярным белком является миоглобин, содержащийся в мышцах. В молекуле миоглобина имеется одна полипептидная цепь, состоящая из 153 аминокислотных остатков и ядра гема. Эта полипептидная цепь очень компактно упаковывается, образуя глобулу. Основная функция миоглобина — связывание кислорода, в отличие от гемоглобина он в 5 раз быстрее связывает кислород. В этом кроется большой биологический смысл, поскольку миоглобин находится в глубине мышечной ткани (где низкое парциальное давление кислорода). Жадно связывая кислород, миоглобин создает кислородный резерв, который расходуется по мере необходимости, восполняя временный недостаток кислорода.
Типы связей, участвующих в стабилизации третичной структуры.
Белковые модули (домены)
Обычно белки, образованные одной полипептидной цепью, представляют собой компактное образование, каждая часть которого не может функционировать и существовать отдельно, сохраняя прежнюю структуру. Однако, в некоторых случаях, при большом содержании аминокислотных остатков (более 200), в трехмерной структуре обнаруживается не одна, а несколько независимых компактных областей одной полипептидной цепи. Эти фрагменты полипептидной цепи, сходные по свойствам с самостоятельными глобулярными белками, называются модулями или доменами. Например, в дегидрогеназах два домена, один связывает НАД+ и этот домен сходен по строению у всех НАД-зависимых дегидрогеназ, а другой домен связывает субстрат и отличается по структуре у разных дегидрогеназ.
Синтаза жирных кислот, представляющая одну полипептидную цепь, имеет 7 доменов, для катализа 7 реакций. Предполагается, что домены синтазы некогда объединились в один белок в результате слияния генов. Соединение модулей (доменов) в один белок способствует быстрому появлению и эволюции новых функциональных белков.
Активный центр белка и взаимодействие его с лигандом.
Активный центр белка – это центр связывания белка с лигандом. На поверхности глобулы образуется участок, который может присоединять к себе другие молекулы называемые лигандами. Активный центр белка формируется из боковых групп аминокислот, сближенных на уровне третичной структуры. В линейной последовательности пептидной цепи они могут находиться на расстоянии значительно удаленном друг от друга. Белки проявляют высокую специфичность при взаимодействии с лигандом. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра белка структуре лиганда. Комплементарность – это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих молекул. Центры связывания белка с лигандом часто располагаются между доменами (например, центр связывания трипсина с его лигандом имеет 2 домена разделенных бороздкой).
В основе функционирования белков лежит их специфическое взаимодействие с лигандами. 50000 индивидуальных белков, содержащих уникальные активные центры, способные связываться только со специфическими лигандами и, благодаря особенностям строения активного центра, проявлять свойственные им функции. Очевидно, в первичной структуре содержится информация о функции белков.
Четвертичная структура — это высший уровень структурной организации, возможный не у всех белков. Под четвертичной структурой понимают способ укладки в пространстве полипептидных цепей и формирование единого в структурном и функциональном отношениях макромолекулярного образования. Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера или субъединицы, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входящих в его состав протомеров. Образовавшуюся молекулу принято называть олигомером (мультимером).
Четвертичную структуру стабилизируют нековалентные связи, которые возникают между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по типу комплементарности.
К белкам, имеющим четвертичную структуру, относятся многие ферменты (лактатдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа и др.), а также гемоглобин, сократительный белок мышц миозин. Одни белки имеют небольшое число субъединиц 2 – 8, другие сотни и даже тысячи субъединиц. Например, белок вируса табачной мозайки имеет 2130 субъединиц.
Типичным примером белка, имеющего четвертичную структуру, является гемоглобин. Молекула гемоглобина состоит из 4 субъединиц, т. е. полипептидных цепей, каждая из которых связана с гемом, из них 2 полипептидные цепи называются -2афьла и -2бета Они различаются первичной структурой и длиной полипептидной цепи.
Связи, образующие четвертичную структуру менее прочные. Под влиянием некоторых агентов происходит разделение белка на отдельные субъединицы. При удалении агента субъединицы могут вновь объединиться и биологическая функция белка восстанавливается. Так при добавлении к раствору гемоглобина мочевины он распадается на 4 составляющие его субъединицы, при удалении мочевины структурная и функциональная роль гемоглобина восстанавливается.
1.4. Физико-химические свойства белков
Физико-химические свойства белков
Первичная структура белков в значительной степени определяет вторичную, третичную структуры и особенности четвертичной структуры. В свою очередь, первичная и пространственная структуры белков, их молекулярная масса, форма и размеры обусловливают их физико-химические свойства.
Молекулярная масса белков достаточно большая, поэтому они относятся к высокомолекулярным соединениям. Молекулярная масса белков колеблется от 6 000 до 1 000 000 Дальтон и выше, она зависит от количества аминокислотных остатков в полипептидной цепи, а для олигомерных белков имеющих четвертичную структуру – от количества входящих в них протомеров (субъединиц).
Молекулярная масса некоторых белков составляет: инсулин — 5700Д,
Пепсин- 35 000Д, гемоглобин – 65 000Д.
Молекулярную массу белка можно определить по скорости седиментации при ультрацентрифугировании, т.е. при ускорении 100000-500000 G . На основании этого определяют коэффициент седиментации, который обозначают S ( в честь шведского ученого СВЕДБЕРГА). Он предложил за единицу коэффициента седиментации величину 10-13. Молекулярная масса большинства белков колеблется в пределах 1-20S.
Другим методом определения молекулярной массы является метод гельфильтрации (молекулярное просеивание). Используется искусственно созданные гранулы, имеющие поры (гранулы СЕФАДЕКСА). Внутрь гранулы могут проникать только соединения определённого размера: молекулы небольшого размера входят в гранулы, а большие быстрее вымываются. Молекулярная масса рассчитывается ориентировочно. Буфер не задерживается, а белок движется тем медленнее, чем меньше молекулярная масса.
Белки способны связываться с лигандами.
Белки специфично узнают свои лиганды, что обусловлено комплементарным
строением определенного участка белка и лиганда.
ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ обеспечивается белковой частью гемоглобина. Центр связывания ЛИГАНДА называется активным центром. Это свойство лежит в основе другого метода разделения белков – аффинной хроматографии.
Белки имеют различную форму, но выделяют две основных группы: глобулярные (шарообразные) и фибриллярные (веретенообразные). Глобулярные белки более компактны, в этих белках гидрофильные группы расположены преимущественно снаружи, а гидрофобные – внутри, образуя ядро.
На основе различий белков в молекулярной массе, размеров и форме их можно разделить с помощью ультрацентрифугирования (по скорости седиментации), методом гель – фильтрации (молекулярного просеивания в сефадексе).
Различия в первичной структуре белков, их конфигурации, молекулярной массе, размерах определяют разнообразные свойства белков. Можно выделить несколько групп физико-химических свойств.
Электрохимические свойства белков.
Белки — амфотерные полиэлектролиты, т. е. подобно аминокислотам они обладают кислотными и основными свойствами. Эти свойства белка обусловлены электрохимической природой R-радикалов аминокислот, входящих в состав белка. Поскольку большая часть ионогенных и полярных R-групп находится на по¬верхности белковой глобулы, то именно они определяют кислот¬но-основные (амфотерные) свойства и заряд белковой молекулы. Кислые свойства белку придают аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты, диссоциация их карбоксильных групп является источником отрицательных электрических зарядов на поверхности белковой молекулы. Основные свойства белку придают лизин, аргинин, гистидин, способные к протонированию и к созданию на поверхности белковой молекулы положительных зарядов. В амфотерную природу белковой молекулы вносят вклад (хотя и несущественный) ее N- и С-концевые аминокислоты. Слабая диссоциация SН-групп цистеина и ОН-групп тирозина весьма несущественно влияет на амфотерность белков. В целом, чем больше кислых аминокислот содержится в белке, тем сильнее выражены его кислотные свойства, тем выше суммарная плотность отрицатель¬ного заряда, и чем больше основных аминокислот, тем ярче прояв¬ляются основные свойства белка и выше плотность положительных зарядов на его молекуле. Однако следует отметить, что значения рК радикалов аминокислот колеблются в довольно широких пределах.
Амфотерная природа белков обусловливает определенную буферность их растворов. Однако при физиологических значениях рН она невелика. Исключение составляют белки, содержащие большое количество гистидина, так как только боковые имидазольные группы гистидина обладают буферными свойствами в ин¬тервале значений рН, близких к физиологическим. Таких белков мало; к ним относится, например, гемоглобин животных, содер¬жащий 8 % гистидина, обусловливающего высокую внутриклеточ¬ную буферность в эритроцитах, поддерживая рН крови на посто¬янном уровне.
Суммарный заряд белковой молекулы определяется соотноше¬нием в ней кислотных и основных радикалов аминокислот и вели¬чиной их рК. Если в белке кислые аминокислоты преобладают над основными, то в целом молекула белка электроотрицательна, т. е. находится в форме полианиона; и наоборот, если преобладают основные аминокислоты — в форме поликатиона.
Амфотерный характер белков особенно ярко проявляется при изменении рН белкового раствора. В кислой среде в результате высокой концентрации Н+-ионов идет подавление кислотной диссоциации карбоксильных групп и интенсивное протонирование NH-2, —NH—, имидазольных групп — суммарный заряд бел¬ковой молекулы будет положителен; в щелочной среде при избыт¬ке ОH-ионов будет наблюдаться обратная картина: интенсивная диссоциация карбоксильных групп и депротонирование основных групп — суммарный заряд отрицателен. Естественно, что каждый белок при каком-то определенном значении рН будет иметь сум¬марный электрический заряд, равный нулю; такое состояние бел¬ка называется изоэлектрическим состоянием, а величина рН, обус¬ловливающая это состояние, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В этой точке белок не обладает подвижностью в электри¬ческом поле; имеет наименьшую растворимость в воде; белковые растворы обладают минимальной устойчивостью и минимальным осмотическим давлением. ИЭТ каждого белка определяется соот¬ношением кислых и основных групп, величиной их рК: чем боль¬ше это соотношение и ниже величина рК групп, тем ниже ИЭТ белка. У кислых белков ИЭТ < 7, у нейтральных около 7, а у основ¬ных > 7; при рН < ИЭТ белок будет находиться в форме поликати¬она, при рН > ИЭТ — в форме полианиона, в ИЭТ — в форме ам-фотерного полииона (цвиттер-полииона). ИЭТ большинства бел¬ков клеток животных, растений, микроорганизмов лежит в пределах 5,5—6,0, а внутриклеточная величина рН находится в пределах 7,0—7,2 (физиологическое значение рН). Следовательно, клеточ¬ные белки имеют в общем отрицательный заряд, который уравно¬вешивается неорганическими катионами.
Поскольку каждый белок в водных или буферных растворах имеет свой суммарный заряд определенной величины, это свой¬ство белков нашло широкое применение для их разделения мето¬дом электрофореза. Он основан на передвижении заряженной ча¬стицы в электрическом поле. Движение частицы происходит в жидкой среде, которая удерживается инертным твердым носите¬лем, например полоской бумаги, гелевой пленкой из крахмала, опарой, полиакриламидами, декстраном, ацетатом целлюлозы, что позволяет существенно снизить диффузию фракционируемых белков в отличие от электрофореза в водной среде. Жидкость же служит проводящей средой для электрического поля, когда к ней приложено внешнее напряжение. Подвижность заряженной мо¬лекулы в электрическом поле называется электрофоретической подвижностью.
В разделении белков наибольшее распространение получил электрофорез в полиакриламидном геле (ПААГ), который при¬меняется для разделения, очистки, оценки чистоты и определе¬ния молекулярной массы. Гель полиакриламидной матрицы в виде однородного тонкого слоя (а не гранул) можно поместить между двумя пластмассовыми пластинками или же заполнить этим гелем трубочки. Структура полиакриламида сшита попереч¬ными связями, благодаря чему этот материал имеет развитую по-ристость.
Коллоидные свойства белков
Водные растворы белков — это устойчивые системы, по этому свойству их можно отнести к истинным молеку¬лярным растворам. Однако высокая молекулярная масса белков придает им коллоидный характер.
Как правило, диаметр белковых глобул превышает 0,001 мкм. Молекулы белков не способны диффундировать через полупроницаемые мембра¬ны —целло¬фан. На этом явлении основана очистка белков от низкомолеку¬лярных примесей методом диализа, очистка и концентрирование белков методом ультрафильтрации. При диализе целлофановый мешочек с раствором белка помещают в сосуд с проточной водой. Внешние стенки мешочка омываются водой. Низкомолекулярные вещества диффундируют через мембрану и удаляются вместе с во¬дой, а белки остаются. При ультрафильтрации мембрана действует как молекулярный фильтр.
Биологические мембраны живых клеток также непроницаемы для белков. Поэтому содержащиеся в протоплазменных структу¬рах этих клеток белки создают в них определенное осмотическое давление, называемое коллоидно-осмотическое или онкотическое давление.
Малой скоростью диффузии обладают белки и в водных раство¬рах, она зависит не только от моле¬кулярной массы, но и от формы белковой молекулы. Глобулярные белки в водных раство¬рах имеют более высокий коэффициент диффу¬зии, чем фибриллярные.
Характерными признаками коллоидного харак¬тера белковых растворов являются их опалесценция, блеск и способность рассеи¬вать лучи света (эффект Тиндаля).
Если через кювету с раствором низкомолекулярного вещества, например NaС1, пропустить пучок света, то в кювете он не будет обнаружен, раствор является «оптически пустым». Иная картина будет наблюдаться в кювете с раствором белка, при боковом осве¬щении в ней появляется светящаяся полоса или конус. При прохождении света через раствор, содержащий белковые глобулы, радиус которых на¬много превышает длину волны света, будет наблюдаться дифрак¬ция света: падая на белковую глобулу, свет будет отражаться в раз¬личных направлениях.
Светорассеивающая способность белков может быть использо¬вана при определении концентрации белковых растворов методами нефелометрии и турбидиметрии, основанных на сравнении интенсивности светорассеивания этих растворов.
Гидратация белков
Гидратация белков — способность белков связывать воду. 100 г. белка связывает 30-35 г. воды.
. Вода связывается ионогенными группами и пептидными группами, расположенными в основном, внутри молекулы белка. Проникновение воды внутрь молекулы белка называется набуханием. Связывание воды ионогенными группами, расположенными на поверхности белковой молекулы, приводит к образованию гидратной оболочки. Коли¬чество связанной воды для различных белков составляет около 35 г на 100 г белка. Связанная вода в гидратной оболочке на¬ходится в упорядоченном состоянии, что приводит к уменьшению энтропии при гидратации.
1.3.4 Растворимость белков в воде
Многие белки хорошо растворимы в воде, что определяется количеством полярных групп. Растворимость глобулярных молекул лучше, чем фибриллярных белков. Факторы, определяющие стабильность белковых растворов:
- наличие зарядов в белковой молекуле. Одноименные заряды способствуют растворимости белка, т.к. препятствуют соединению молекул и выпадению в осадок.
- Наличие ГИДРАТНОЙ оболочки, препятствующей объединению белковых молекул. Для осаждения белка, его необходимо лишить этих двух факторов устойчивости. Методом осаждения белка является вливание — осаждение белка с помощью нейтральных солей — (NH4)2-S04.
В полунасыщенном растворе (NH4)2-SO4 осаждаются глобулины, а в насыщенном — альбумины.
После удаления осаждающего фактора, белки переходят в растворённое состояние.
Лабильность пространственной структуры белка.
Под действием внешних факторов может происходить нарушение высших уровней организации белковой молекулы (вторичной, третичной, четвертичной структур) при сохранении первичной структуры. При этом белок теряет свои нативные, физико-химические и биологические свойства. Это явление называется денатурацией. Денатурацию вызывают химические факторы ( повышение температуры, давления, механическое воздействие, УЗ, ионизирующее излучение), химические факторы ( кислоты, щелочи, органические растворители -спирт, фенол; соли тяжёлых металлов).n В некоторых случаях возможна РЕНАТУРАЦИЯ, когда денатурирующий фактор действовал кратковременно и нанёс лёгкое разрушение молекуле. В последние годы установлено, что в организме есть белки предотвращающие денатурацию. ШАПЕРОНЫ — класс белков, защищающий в условиях клетки другие белки от денатурации. Они облегчают формирование пространственной конфигурации белков. К ним относятся белки теплового шока или белки стресса.
1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ
В организме человека содержится свыше 50 000 индивидуальных белков, отличающихся первичной структурой, конформацией, строением активного центра и функциями. Однако до настоящего времени нет единой и стройной классификации, учитывающей различные особенности белков. В основе имеющихся классификаций лежат разные признаки. Так белки можно классифицировать:
• по форме белковых молекул (глобулярные – округлые или фибриллярные – нитевидные)
• по молекулярной массе (низкомолекулярные, высокомолекулярные)
• по выполняемым функциям (транспортные, структурные, защитные, регуляторные и др.)
• по локализации в клетке (ядерные, цитоплазматические, лизосомальные и др.)
• по структурным признакам и химическому составу белки делятся на две группы: простые и сложные. Простые белки представлены только полипептидной цепью, состоящей из аминокислот. Сложные белки имеют в своем составе белковую часть и небелковый компонент (простетическую группу). Однако и эта классификация не является идеальной, поскольку в чистом виде простые белки встречаются в организме редко.
Характеристика простых белков.
К простым белкам относят гистоны, протамины, альбумины и глобулины, проламины и глютелины, протеиноиды.
Гистоны — тканевые белки многочисленных организмов, связаны с ДНК хроматина. Это белки небольшой молекулярной массы (11-24 тыс.Да). По электрохимическим свойствам относятся к белкам с резко выраженными основными свойствами (поликатионные белки), ИЭТ у гистонов колеблется от 9 до 12. Гистоны имеют только третичную структуру, сосредоточены в основном в ядрах клеток. Гистоны связаны с ДНК в составе дезоксирибонуклеопротеинов. Связь гистон-ДНК электростатическая, так как гистоны имеют большой положительный заряд, а цепь ДНК-отрицательный. В составе гистонов преобладают диаминомонокарбоновые аминокислоты аргинин, лизин.
Выделяют 5 типов гистонов. Деление основано на ряде признаков, главным из которых является соотношение лизина и аргинина во фракциях, четыре гистона Н2А, Н2В, Н3 и Н4 образуют октамерный белковый комплекс, который называют «нуклеосомный кор». Молекула ДНК «накручивается» на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеотидов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, ее называют «нуклеосома».
Основная функция гистонов — структурная и регуляторная. Структурная функция состоит в том, что гистоны участвуют в стабилизации пространственной структуры ДНК, а следовательно, хроматина и хромосом. Регуляторная функция заключается в способности блокировать передачу генетической информации от ДНК к РНК.
Протамины — своеобразные биологические заменители гистонов, но отличаются от них составом и структурой. Это самые низкомолекулярные белки (М — 4-12 тыс. Да), обладают резко выраженными основными свойствам из-за большого содержания в них аргинина (80%).
Как и гистоны, протамины — поликатионные белки. Они связываются с ДНК в хроматине спермиев и находятся в молоках рыб.
Сальмин — протамин из молоки лосося.
Скумбрин — из молоки скумбрии.
Протамины делают компактной ДНК сперматозоидов, т.е. выполняют как и гистоны, структурную функцию, однако не выполняют регуляторную.
Альбумины и глобулины.
Альбумины (А) и глобулины (Г).
А и Г белки, которые есть во всех тканях. Сыворотка крови наиболее богата этими белками. Содержание альбуминов в ней составляет 40-45 г/л, глобулинов 20-30 г/л, т.е на долю альбуминов приходится более половины белков плазмы крови.
Альбумины-белки относительно небольшой молекулярной массы (15-70 тыс. Да); они имеют отрицательный заряд и кислые свойства, ИЭТ — 4,7, содержат много глутаминовой аминокислоты. Это сильно гидратированые белки, поэтому они осаждаются только при большой концентрации водоотнимающих веществ.
Благодаря высокой гидрофильности, небольшим размерам молекул, значительной концентрации альбумины играют важную роль в поддержании осмотического давления крови. Если концентрация альбуминов ниже 30 г/л, изменяется осмотическое давление крови, что приводит к возникновению отеков. Около 75-80 % осмотического давления крови приходится на долю альбуминов.
Характерным свойством альбуминов является их высокая адсорбционная способность. Они адсорбируют полярные и неполярные молекулы, выполняя транспортную роль. Это неспецифические переносчики они транспортируют гормоны, холестерол, билирубин, лекарственные вещества, ионы кальция. Связывание и перенос длинноцепочных жирных кислот — основная физиологическая функция сывороточных альбуминов. Альбумины синтезируются преимущественно в печени и быстро обновляются, период их полураспада 7 дней.
Глобулины — белки с большей, чем альбумины молекулярной массой. Глобулины слабокислые или нейтральные белки ( ИЭТ = 6 – 7,3 ). Некоторые из глобулинов обладают способностью к специфическому связыванию веществ (специфические переносчики).
Возможно фракционирование белков сыворотки крови на альбумины и глобулины методом высаливания с помощью (NH4)2SO4. В насыщенном растворе осаждаются альбумины как более легкая фракция, в полунасыщенном – глобулины.
В клинике широкое распространение получил метод фракционирования белков сыворотки крови путем электрофореза. При электрофоретическом разделении белков сыворотки крови можно выделить 5–7 фракций: Характер и степень изменения белковых фракций сыворотки крови при различных патологических состояниях представляет большой интерес для диагностических целей. Уменьшение альбуминов наблюдается в результате нарушения их синтеза, при дефиците пластического материала, нарушении синтетической функции печени, поражении почек. Содержание глобулинов увеличивается при хронических инфекционных процессах.
Электрофорез белков сыворотки крови.
Проламины и глютелины.
Это группа растительных белков, которые содержатся исключительно в клейковине семян злаковых растений, где выполняют роль запасных белков. Характерной особенностью проламинов является то, что они не растворимы в воде, солевых растворах, щелочах, но растворимы в 70% растворе этанола, в то время как все другие белки выпадают в осадок. Наиболее изучены белки глиадин (пшеница) и зеин (кукуруза). Установлено, что проламины содержат 20-25% глутаминовой кислоты и 10-15 % пролина. Эти белки, например, глиадин, в норме у человека расщепляются, но иногда при рождении фермент, расщепляющий этот белок, отсутствует. Тогда этот белок превращается в продукты распада, обладающие токсическим действием. Развивается заболевание целиакия — непереносимость растительных белков.
Глютелины – тоже растительные белки, не растворимые в воде, в растворах солей, этаноле. Они растворимы в слабых щелочах.
Протеиноиды.
Белки опорных тканей ( костей, хрящей, сухожилий, связок ), кератины — белки волос, рогов, копыт, коллагены — белки соединительной ткани, эластин — белок эластических волокон.
Все эти белки относятся к фибриллярным, не гидролизуются в желудочно — кишечном тракте. Коллаген составляет 25-33 % от общего количества белка организма взрослого человека или 6 % от массы тела. Пептидная цепь коллагена содержит около 1000 аминокислотных остатков, из которых каждая 3-я аминокислота – глицин, 20% составляют пролин и гидроксипролин, 10% аланин. При формировании вторичной и третичной структур этот белок не может давать типичных a-спиралей, поскольку аминокислоты пролин и оксипролин могут давать только одну водородную связь. Поэтому полипептидная цепь на участке, где находятся эти аминокислоты, легко изгибается, так как не удерживается, как обычно, второй водородной связью.
Эластин – это основной структурный компонент эластических волокон, которые содержатся в тканях обладающих значительной эластичностью (кровеносные сосуды, связки, легкие). Свойства эластичности проявляются высокой растяжимостью этих тканей и быстрым восстановлением исходной формы и размера после снятия нагрузки. В составе эластина содержится много гидрофобных аминокислот (глицина, валина, аланина, лейцина, пролина).
СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ
Сложные белки кроме полипептидных цепей содержат в своем составе небелковую (простетическую) часть, представленную различными веществами. В зависимости от химической природы небелковой части выделяют следующие группы сложных белков:
• хромопротеины
• углевод – белковые комплексы
• липид – белковые комплексы
• нуклеопротеины
• фосфопротеины
1.6.1. ХРОМОПРОТЕИНЫ
Хромопротеины – это сложные белки, простетическая часть которых представлена окрашенным компонентом (от греч. Chromos – краска). К ним относятся биологически важные белки гемоглобин, миоглобин, а также некоторые ферменты: каталаза, пероксидаза, цитохромы, все они являются гемпротеинами, так как простетическая часть их содержит гем.
Гемоглобин (Нв).
Гемоглобин имеет четвертичную структуру, молекулярная масса его 66-68 тыс.Да. Как следует из названия Нв представляет собой соединение гема с белком глобином. Это олигомерный белок, состоящий из 4 субъединиц (протомеров), соединенных нековалентными связями (гидрофобные, ионные взаимодействия, водородные связи).
Субъединицы Нв «узнают» друг друга благодаря присутствию на их поверхности комплементарных по форме участков. Каждая из субъединиц или полипептидных цепей обозначается буквами, их 4 у Нв взрослого человека (Нв А), эти цепи называются альфа (a) и бета (b) . Каждая молекула Нв А содержит по две a- и по две b-цепи. Они различаются первичной структурой и длиной полипептидной цепи: a — цепи содержат по 141 аминокислотному остатку, b — цепи по 146.
Каждый из протомеров гемоглобина представляет собой природный координационный комплекс. В нем комплексообразователем служит Fe 2+ . Его координационное число равно 6. Поэтому ион железа связан с 6 лигандами. 4 лиганда являются пиррольными кольцами протопорфирина. Пятая связь затрачивается на соединение с белком глобином через аминокислоту гистидин, а 6 координационная связь используется для связывания с кислородом или другими газообразными веществами (СО2, СО).
Строение гема.
Внутри каждого протомера имеется гидрофобный «карман», в котором располагается гем, способный присоединять кислород.
Схема молекулы гемоглобина.
Основная функция гемоглобина – перенос кислорода из легких к периферическим тканям. Первая молекула кислорода изменяет конформацию протомера, к которому она присоединилась. Поскольку этот протомер соединен многими связями с другими протомерами, изменяется конформация и сродство других протомеров к лигандам. Это явление называют кооперативностью изменения конформации протомеров. Изменение конформации таковы, что сродство гемоглобина ко 2-й молекуле кислорода увеличивается. В свою очередь присоединение 2-ой, а затем и 3-ей молекулы кислорода, так же изменяет конформацию и облегчает присоединение следующих молекул кислорода. Сродство гемоглобина к 4-ой молекуле кислорода примерно в 300 раз больше чем к 1-ой.
Модель молекулы гемоглобина.
Кроме кислорода, молекула гемоглобина может быть связана с другими лигандами. Например, при соединении Hb с оксидом углерода (II) (угарный газ СО), образуется карбоксигемоглобин (НвСО). Причем гемоглобин имеет большее сродство к угарному газу чем к кислороду. Поэтому если в воздухе содержится угарный газ, гемоглобин легче с ним связывается и теряет способность связывать кислород. Наступает смерть от удушья, от недостаточного снабжения тканей кислородом.
Возможно образование еще одного производного гемоглобина — карбгемоглобина, когда гемоглобин связывается с СО2 . Однако СО2 связывается не с гемом, а присоединяется к NH2 – группам глобина. Образование карбгемоглобина используется для выведения СО2 из тканей к легким. Этим путем выводится 10-15% СО2.
Типы гемоглобинов.
Гемоглобины могут различаться по белковой части. Различают физиологические и аномальные типы гемоглобинов. Физиологические типы образуются на разных этапах нормального развития организма, а аномальные — вследствие нарушения последовательности аминокислот в белке глобине физиологических типов гемоглобина.
Физиологические типы гемоглобинов отличаются друг от друга набором полипептидных цепей или субъединиц, образующихся на разных этапах развития организма человека – от эмбрионального до взрослого состояния. Различаются следующие физиологические типы гемоглобинов:
а) примитивный НвР, появляется на самых ранних стадиях развития эмбриона (1 – 2 недели) Эмбриональный гемоглобин – тетрамер
б) фетальный гемоглобин НвF (от лат. Fetus – плод). НвF является главным типом гемоглобина плода и составляет к моменту рождения 70% всего гемоглобина – это тетрамер (
в) гемоглобин взрослого НвА, НвА2, НвА3 ( от лат. Adultus – взрослый ). НвА появляется на более поздних стадиях развития плода, в крови взрослого человека примерно 95 – 96% НвА – это тетрамер (2?, 2?). Гемогловин А2 – тетрамер . Его содержание в эритроцитах взрослого человека равно 2%.
Аномальные гемоглобины. Их обнаружено более 200 и отличаются они составом цепей или заменой аминокислот в полипептидных цепях. Из аномальных гемоглобинов часто встречается HвS или серповидно-клеточный Нв. Он обнаруживается у больных серповидно-клеточной анемией. Это широко распространенное заболевание в странах Южной Америки, Африки и Юго-Восточной Азии. При этой патологии эритроциты в условиях низкого парциального давления кислорода принимают форму серпа. Гемоглобин S отличается по ряду свойств от нормального гемоглобина. После отдачи кислорода в тканях он превращается в плохо растворимую форму и начинает выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллоидов. Последние деформируют клетку и приводят к массивному гемолизу.
Химический дефект при серповидно-клеточной анемии сводится к замене в белке одной аминокислоты на другую. В норме в b — субъединицах тетрамерной структуры гемоглобина в шестом положении со стороны N – конца находится глутаминовая аминокислота, боковая группа которой имеет отрицательный заряд и характеризуется высокой гидрофильностью. При серповидно-клеточной анемии глутаминовая аминокислота заменена на гидрофобную аминокислоту – валин. Однако одной этой замены оказалось достаточно не только для нарушения формы эритроцита, но и для развития болезни.
Миоглобин также относится к хромопротеинам. Это белок, имеющий третичную структуру. Вторичная и третичная структура миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны. Функции миоглобина и гемоглобина одинаковы. Оба белка участвуют в транспорте кислорода. Гемоглобин присоединяет кислород из альвеолярного воздуха и доставляет его в ткани. Миоглобин присоединяет кислород, доставленный гемоглобином и служит промежуточным звеном в транспорте кислорода внутри клетки к митохондриям, а также для запасания кислорода в тканях, создавая кислородный резерв, который расходуется по мере необходимости. В условиях интенсивной мышечной работы, когда парциальное давление кислорода в тканях падает, кислород освобождается из комплекса с миоглобином и используется в митохондриях клеток для получения энергии, необходимой для работы мышц.
УГЛЕВОД – БЕЛКОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Это комплексы белков с небелковой частью, представленной углеводными компонентами.
Смешанные макромолекулы этого типа делятся на :
ГЛИКОПРОТЕИНЫ (ГП)
ПРОТЕОГЛИКАНЫ
ГП — это сложные белки, содержащие олигосахаридные (гликановые) цепи, ковалентно связанные с белковой основой. К этой группе химических соединений относятся многие белки внешней поверхности цитоплазматических мембран и большинство секретируемых белков. ГП могут содержать до 40% углеводов, но как правило, в молекуле преобладает белковая часть.
Короткие углеводные цепи ГП построены из глюкозамина, галактозамина, глюкозы, галактозы. Наиболее значимые моносахариды в составе ГП – N – ацетилглюкозамин, N – ацетилгалактозамин, N – ацетилнейраминовая (сиаловая) кислота.
Число коротких углеводных цепей в ГП может доходить до 300-800. Длина и степень разветвленности углеводных цепей значительно варьирует. В составе одной олигосахаридной цепи находится не более 15-20 моносахаридных остатков. ГП присутствуют во всех классах белков – ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках. Представители ГП – коллаген, эластин, иммуноглобулины.
Углеводный компонент, даже небольшой по массе, сообщает качественно новые свойства молекуле белка гликопротеинов. Для гликопротеинов характерна термостабильность, в отличие от простых белков ГП выдерживают высокие и низкие температуры без изменения физико-химических свойств. ГП в отличие от других белков с трудом перевариваются протеолитическими ферментами.
Углеводная часть придает белку большую специфичность. Это своего рода векторные группы сложных белков, «узнающие» участки других структур (макромолекул, поверхности клеток). ГП быстрее выводятся из клетки и находятся, как правило, вне клетки.
Гликопротеины выполняют следующие функции :
1. Функция избирательного взаимодействия высокоспецифического узнавания.
Клеточные ГП, находящиеся на поверхности мембран, участвуют в очень тонких процессах биологического узнавания и межклеточного взаимодействия, выполняя роль рецепторных систем для определенных соединений и клеток.
2. Транспортная роль.
ГП осуществляют транспорт гидрофобных веществ и ионов металлов. Так
функцию переносчика железа выполняет ГП – трансферрин; меди – церуллоплазмин; стероидных гормонов – транскортин.
3. Каталитическая.
Углеводный компонент обнаружен в составе некоторых ферментов: энтерокиназа, пероксидаза, глюкозооксидаза, холинэстераза.
4. Функция защитной смазки.
Гликопротеины являются составными веществами муцинов слюны, желудочного и кишечного муцинов.
5. Участвуют в процессе свертывания крови.
Протромбин, фибриноген – являются белками свертывающей системы крови.
ПРОТЕОГЛИКАНЫ.
Это углевод-белковые комплексы, углеводный компонент которых представлен гетерополисахаридами, построенными из большого числа повторяющихся единиц. В отличие от гликопротеинов, которые содержат только несколько процентов углеводов ( по массе ), протеогликаны могут содержать до 95 % и более углеводов. Кроме того, по свойствам они ближе к углеводам, чем к белкам. Белки в протеогликанах представлены одной полипептидной цепью разной молекулярной массы.
В состав протеогликанов входят кислые гетерополисахариды (гликозамингликаны) линейного строения. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц – димеров. Одним из компонентов этих димеров является Д-глюкуроновая кислота.
В составе притеогликанов содержатся следующие гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин (строение гетерополисахаридов смотри в разделе 3-4).
Гиалуроновая кислота состоит из повторяющихся единиц (димеров) включающих Д-глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин.
Хондроитинсульфаты содержат структурные единицы из глюкуроновый кислоты и сульфатированного N-ацетилгалактозамина.
Протеогликаны являются обязательными компонентами межклеточного матрикса, играют важную роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей.
Благодаря особенностям структуры и физико-химическим свойствам протеогликаны выполняют в организме следующие функции:
- являются структурными компонентами межклеточного матрикса;
- являясь поликатионами они могут присоединять, кроме воды большие количества катионов (Na+, K+, Ca2+) и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей;
- протеогликаны играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе и препятствуют распространению патогенных микроорганизмов.
Эта группа полисахаридов представляет собой сильно гидратированные, желеподобные, липкие вещества, имеющие значительный отрицательный заряд. Все они находятся в межклеточном веществе, но не в свободном состоянии, а связаны с белками. Такие смешанные макромолекулы называются протеогликанами, поскольку основные свойства этих макромолекул определяются углеводной, а не белковой частью.
ЛИПИД – БЕЛКОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Это комплексы белков с липидными компонентами, их условно подразделяют на две группы:
1. Свободные липопротеины.
Липопротеины плазмы крови, молока, растворимы в воде.
2. Структурные протеолипиды.
Входят в состав биомембран, растворимы в жирах.
Липид – белковые комплексы в качестве небелковой части содержат липидные компоненты.
Высшие жирные кислоты
С17 Н35 СООН Предельная
Стеариновая
С15 Н31 СООН Пальмитиновая
С17 Н33 СООН Олеиновая
С17 Н31 СООН Линолевая
С17 Н29 СООН Линоленовая
С19Н29СООН Арахидоновая
1.Свободные липопротеины.
Содержатся в плазме крови, все они имеют разную плотность (от 0,92 до 1,21 кг/л) благодаря липидному компоненту. В крови человека присутствуют несколько фракций ЛП, отличающихся по плотности, что связазано с различным соотношением липидного и белкового компонента в молекуле.
ФРАКЦИИ ЛП:
А) Хиломикроны ( ХМ ). Это самая низкая по плотности фракция, т.к. в составе их преобладают липидные комплексы и на долю белка приходится до 2 %. Плотность 0,95 кг/л. Хиломикроны появляются в сыворотке крови после приема жирной пищи;
Б) Липопротеины очень низкой плотности ( ЛПОНП ).или пре-b-липопротеины, их плотность 0,94 – 1,006 кг/л;
В) Липопротеины низкой плотности ( ЛПНП ) или b-липопротеины. Плотность их 1,006 – 1,063 кг/л;
Г) Липопротеины высокой плотности (ЛПВП ) или a-липопротеины.Плотность их 1,063 – 1,210 кг/л. В составе их преобладает белковый компонент.
РОЛЬ СВОБОДНЫХ ( ПЛАЗМЕННЫХ ) ЛИПОПРОТЕИНОВ.
Свободные ЛП играют транспортную роль, поэтому их называют — транспортными формами липидов. Благодаря своей растворимости в водной среде они могут переносить липиды, поступающие в кровь при всасывании из кишечника, а также распределять липиды между тканями, одни из которых их синтезируют, а другие используют.
ЛП переносят триацилглицеролы, фосфолипиды, стероиды, а также небольшое количество жирорастворимых витаминов, b-каротина.
В настоящее время доказана роль фракций липопротеинов в патогенезе атеросклероза – они называются атерогенными ЛП. К ним относятся ЛПНП и ЛПОНП, а фракцию ЛПВП называют антиатерогенной, так как её увеличение препятствует развитию атеросклероза.
2.Структурные липопротеины ( протеолипиды ).
Они входят в состав биологических мембран и растворяются в неполярных растворителях (хлороформ, метанол). Причина такого поведения протеолипидов в том, что белок составляет сердцевину их молекулы, а оболочку образует липидный компонент. Содержание белка в протеолипидах 65 – 85 %. Они обнаружены в сердце, почках, легких, скелетных мышцах. В клетках перечисленных органов они представляют основу биологических мембран, образуя двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфо- и гликолипиды. Состав протеолипидов в различных органах неодинаков.
НУКЛЕОПРОТЕИНЫ
Нуклепротеины – это сложные белки, небелковая часть которых представлена нуклеиновыми кислотами. Поскольку нуклеиновые кислоты бывают двух типов, нуклеопротеины делятся по составу на 2 группы: рибонуклеопротеины и дезоксирибонуклеопротеины.
Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения, состоящие из мононуклеотидов, т.е. их структурной единицей является мононуклеотид (нуклеотид). Каждый нуклеотид включает 3 химически различных компонента: моносахарид, азотистое основание, остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие в РНК и ДНК, отличаются друг от друга по составу.
Соединение основания и пентозы называют нуклеозидом, связь между пентозой и азотистым основанием (b — гликозидная) образована — первым атомом углерода пентозы с первым атомом азота в пиримидиновых нуклеозидах и девятым атомом азота в пуриновых нуклеозидах.
Нуклеотиды представляют собой соединения нуклеозидов с фосфорной кислотой (связь сложно – эфирная). В составе РНК и ДНК по 4 нуклеозидмонофосфата (нуклеотида).
Номенклатура наиболее распространенных нуклеотидов.
РИБОНУКЛЕОЗИДМОНОФОСФАТЫ:
1. Аденозинмонофосфат ( АМФ ), адениловая кислота.
2. Гуанозинмонофосфат ( ГМФ ), гуаниловая кислота.
3. Цитидинмонофосфат ( ЦМФ ), цитидиловая кислота.
4. Уридинмонофосфат (УМФ), уридиловая кислота
ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДМОНОФОСФАТЫ:
1. д.Аденозинмонофосфат ( д.АМФ ).
2. д.Гуанозинмонофосфат ( д.ГМФ ).
3. д.Цитидинмонофосфат ( д.ЦМФ ).
4. Тимидинмонофосфат ( д.ТМФ ).
Структура нуклеиновых кислот.
Первичные структуры РНК и ДНК построены однотипно, они представляют собой линейные полимеры – полинуклеотиды, состоящие из мононуклеотидов, соединенных 3′,5′ – фосфодиэфирными связями.
При этом сложноэфирная связь образована фосфатным остатком одного мононуклеотида и 3′ – гидроксильной группой пентозного остатка другого мононуклеотида (3′,5′ – фосфодиэфирная связь).
Концы полинуклеотидов различаются по структуре: на одном конце имеется свободная 5′ – фосфатная группа (5′ – конец), на другом – свободная 3′ – ОН — группа (3′ – конец). Уникальность структуры и функциональная индивидуальность молекул ДНК и РНК определяется их первичной структурой.
Вторичная структура ДНК.
Особенностью нуклеотидного состава ДНК является то, что число адениловых нуклеотидов равно числу цитидиловых: А=Т, Г=Ц, следовательно, А+Г=Т+Ц, т.е. число пуриновых нуклеотидов равно числу пиримидиновых (правила Чаргаффа). Такие соотношения не свойственны РНК. Исходя из правил Чаргоффа о нуклеотидном составе ДНК и из рентгеноструктурных исследований, Дж. Уотсон и Ф. Крик (Великобритания) предложили модель строения ДНК (1953)
Согласно этой модели молекула ДНК представляет собой двойную спираль, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидные цепи в ней антипараллельны, т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3′ a 5′ , то вторая – в направлении 5′ a 3′. Поэтому на каждом из концов молекулы ДНК расположены 5′ – конец одной цепи и 3′ – конец другой цепи.
Все основания цепей ДНК (гидрофобные по свойствам) расположены внутри двойной спирали, а пентозы и остатки фосфорной кислоты – снаружи. Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей, образующихся за счет специфического взаимодействия между парами комплементарных оснований. Комплементарными являются А и Т, они образуют две водородные связи, а также Г и Ц образуют три водородные связи.
Кроме водородных связей в стабилизации вторичной структуры ДНК участвуют гидрофобные взаимодействия возникающие за счет гидрофобных азотистых оснований, обращенных внутрь спирали. Гидрофобные взаимодействия вносят основной вклад в стабилизацию двойной спирали, больший чем водородные связи между цепями. Рибозофосфатные связи располагаются по периферии, образуя ковалентный остов спирали
Особенности структуры РНК.
Первичная структура РНК аналогична первичной структуре ДНК и представляет полинуклеотидную цепь, состоящую из мононуклеотидов, соединенных 3′ a 5′ – фосфодиэфирными связями.
Вторичная структура РНК.
Молекулы РНК построены из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли «шпильки», за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А-У и Г-Ц. Участки цепи РНК в таких спирализованных участках антипараллельны, но не всегда полностью комплементарны. Наличие спирализованных участков характерно для всех типов РНК. Такие спирализованные участки содержат небольшое число нуклеотидных пар (до 20-30) и чередуются с неспирализованными участками.
Основные типы РНК.
По особенностям структуры и функциям различают 3 типа рибонуклеиновых кислот – транспортные РНК (тРНК), матричные РНК (мРНК) и рибосомальные РНК (рРНК). Они различаются по первичной структуре, молекулярной массе, конформации, продолжительности жизни и по функциональной активности.
1. Транспортные РНК (тРНК)
Пространственную структуру тРНК, независимо от различий в последовательности нуклеотидов, описывают универсальной моделью «клеверного листа». В каждой молекуле тРНК есть участки цепи, не участвующие в образовании водородных связей между нуклеотидными остатками. К ним в частности, относят участок, ответственный за связывание с аминокислотой на 3′-конце молекулы и антикодон – специфический триплет нуклеотидов, взаимодействующий комплементарно с кодоном мРНК. Транспортные РНК составляют около 15% всей РНК клетки, они участвуют в транспорте аминокислот.
Строение транспортных РНК.
1. Рибосомные РНК (рРНК) – компоненты рибосом. На долю рРНК приходится около 80% всей РНК клетки.
2. Матричные РНК (мРНК) составляют около 2% от всей РНК клетки. Матричные РНК называются также информационными РНК (иРНК).
Третичная структура нуклеиновых кислот.
Одноцепочные РНК характеризуются компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путем взаимодействия спирализованных участков вторичной структуры. Третичная структура РНК стабилизируется ионами двухвалентных металлов, например ионами Mg2+.
Исследование некоторых ДНК вирусов митохондрий, хлоропластов при помощи физических, физико-химических методов показало, что двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы.
Суперспиральная структура (суперскрученная) обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы ДНК в хромосоме вместо 8 см длины, которую она могла бы иметь в вытянутой форме, в хромосоме человека молекула ДНК настолько плотно упакована, что ее длина укладывается в 5 нм.
Имеющиеся данные о структуре тРНК свидетельствуют о том, что нативные молекулы тРНК имеют примерно одинаковую третичную структуру, которая отличается от плоской структуры «клеверного листа» большей компактностью, образованной за счет складывания различных частей молекулы.
ФОСФОПРОТЕИНЫ.
Фосфопротеины – это сложные белки, содержащие в своем составе в качестве простетической части фосфорную кислоту. Фосфорная кислота связана сложно – эфирной связью с белковой частью молекулы через гидроксильные группы оксиаминокислот (серин, треонин).
Установлено, что фосфопротеины в клетках синтезируются в результате фосфорилирования при участии протеинкиназ.
К фосфопротеинам относится казеиноген молока, который представляет собой белок с сильно выраженными гидрофильными свойствами. Казеиноген в молоке находится в виде кальциевой соли. Поэтому организм получает с молоком необходимые аминокислоты, кальций, лабильно связанный фосфор, находящиеся в казеиногене.
http://www.chemport.ru/
|
Emulactive W (Эмульактив), 50 г
190.00 руб. | 
Sepilift (Сепилифт), Seppic, Франция
290.00 руб. | 
Rigin (Риджин, Ригин), пептид для упругости и эластичности кожи, Sederma, 5 г
260.00 руб. | 
Lanablue (Ланаблю)
290.00 руб. | 
Allantoin (Аллантоин), 50 г
120.00 руб. | 
Biopeptide EL (Биопептид EL) - Повышение упругости и тонуса кожи
360.00 руб. | 
Mica M (Мика M)
260.00 руб. | 
Коллаген гидролизованный 20%, Италия
320.00 руб. | 
Carbomer (Карбомер) не требующий нейтрализации, Италия, 50 г
260.00 руб. |
|
|
Сейчас посетителей на форуме: 43 Гости
Всего сообщений: 131682
Всего тем: 2572
Зарегистрировано пользователей: 32967
Страница сгенерирована за: 0.0146 секунд
|
|
|
|
|
|
