5. Семейства белков

^ В ходе эволюции в пределах одного биологического вида замены аминокислотных остатков могут приводить к возникновению разных белков, выполняющих родственные функции и имеющих гомологичные последовательности аминокислот, такие белки выделяют в семейства белков

Сериновые протеиназы - семейство белков, выполняющих функцию протеолитических ферментов (например, химотрипсин. трипсин, эластаза, многие факторы свертывания крови)

> Семейство миоглобина

Суперсемейство иммуноглобулинов включает в себя 3 семейства белков: антитела (иммунноглобулины), рецепторы Т-лимфоцитов, белки главного комплекса гистосовместимости.

Все они имеют доменное строение, состоят из 4 полипептидных цепей: 2 идентичных легких (L - 220 а/к) и 2 идентичных тяжелых (Н - 440-700 а/к) и выполняют сходные функции - взаимодействуют с чужеродными структурами, либо растворенными в крови, лимфе или межклеточной жидкости (антитела), либо находящимися на поверхности клеток (собственных или чужеродных).

Nfc ФОРМА БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ

/ X В зависимости от отношения осей (продольной и поперечной) молекулы белков делятся на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки имеют сферическую форму или форму эллипсоида (соотношение длинной оси молекулы к ее короткой оси менее 10). Типичными представителями глобулярных белков являются альбумин плазмы крови, гемоглобин или пепсин; Фибриллярные белки имеют вытянутую, нитевидную форму (соотношение длинной оси молекулы к ее короткой оси более 10), фибриллярными белками являются коллаген, миозин, кератин.

7. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.

Существует несколько систем классификации белков не, однако универсальной классификации нет:

Все белки делятся на простые - протеины и сложные - протеиды. Молекулы простых белков состоят только из аминокислотных остатков. В состав сложных белков кроме аминокислотных остатков входят другие химические группировки , именуемые обычно простетическими группами.

Простые белки по своим физико-химическим свойствам подразделяются на альбумины, глобулины, глютелины и проламины, протамины, гистоны.

S Альбумины и глобулины - относятся к белкам, широко распространенным в органах и тканях животных. Принято

считать, что 75-80% осмотического давления белков сыворотки крови приходится на альбумины. Глобулины при электрофорезе представлены а-1, а-2,Ь и у - фракциями.

S Проламины и глютелины - белки растительного происхождения, в основном содержатся в семенах злаков,

составляя основную массу клейковины*

S Протамины и гистоны - представлены в основном белками с небольшой молекулярной массой, с обладающими

основными свойствами, обусловленными наличием в их составе аргинина. Протамины составляют белковый компонент в структуре ряда сложных белков. Гистоны - сосредоточены в основном в ядрах клеток в составе дезоксирибонуклеопротеинов и играют важную роль в регуляции экспрессии генов.

> Сложные белки имеют в своем составе компонент неаминокислотной природы. Полипептидную часть сложного белка называют апопротеином, неаминокислотный компонент - простетической группой, а весь белок - холопротеинслА^В зависимости от химической природы их простетический группы сложные белки делятся на следующие классы:

• Гликопротеиды - содержат в своей структуре углеводную группировку;

• Фос^фопротеиды - остаток фосфорной кислоты;

• Хромопротеиды - окрашенную химическую группу; ■ Металлопротеиды - ионы металлов;

• Липопротеиды - те или иные липиды; I

Нуклеопротеиды - один из типов нуклеиновых кислот: ДНК или РНК.

> По функциональному признаку выделяют следующие классы белков:

• Структурные (коллаген, эластин, ретикулин)

Транспортные белки (трансфферрин, транскортин, церуллоплазмин)

• Регуляторные (инсулин, соматотропин, тиреотропин)

• Защитные (иммуноглобулины, фибриноген)

• Белки - ферменты (амилаза, пепсин, липаза)

• Сократительные белки (актин, миозин, тропонин)

• Резервные белки (овальбубин, лактальбумин)

8. Природные пептиды (дополнительная информация)

Пептид состоит из двух или более аминокислотных остатков, связанных пептидными связями. Короткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот принято называть олигопептидами. Пептиды из более чем 10 аминокислотных остатков называются полипептидами.

Природные пептиды наделены¹ биологической активностью, и в зависимости от характера их действия и происхождения делятся на 4 группы:

1. пептиды обладающие гормональной активностью (вазопрессин, окситоцин, кортиколиберин, глюкагон, кальцитонин и

ДР)

2. пептиды, принимающие участие в процессе пищеварения (гастрин, секретин)

3. пептиды, источник которых а2-глобулиновая фракция сыворотки крови (брадикинин, каллидин, вызывающие расслабление гладких мышц; ангиотензин)4. нейропептиды. Получен ряд биологически активных нейропептидов из гормонов гипофиза, в частности, эндорфинов и энкефалинов, наделенных мощным обезболивающим действием (путем связывания рецепторов определенных определенных клеток мозга), в согни и тысячи раз превосходящими аналгезирующий эффект морфина. Из ткани мозга выделен также 8-пептид сна; ряд других нейропептидов принимает участие в биохимических механизмах памяти, страха, обучения и т.д.

2. Полипептидная теория строения белков. Конфигурация и конформация полипептидных цепей белков. Уровни структурной организации белковых молекул. Первичная структура белков, ее видовая специфичность. Полиморфизм белков, наследственные протеинопатии. Гомологичные белки.

ПОЛИПЕПТИДНАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ БЕЛКОВ.

Общепризнанной теорией строения белков является полипептидная теория, у истоков которой стояли русский ученый Данилевский А.Я. и выдающийся немецкий химик Фишер. Данилевский еще в 1888 году предположил, что отдельные составные части белка соединяются между собой связью - CO-NH - , тем не менее часть разработки полипептидной теории строения белков принадлежит Эмилю Фишеру. Суть этой теории проста, белки состоят из аминокислот, а аминокислоты соединены между собой

н н н

-N-CH-C- N - С Н - С, - N _Л СН-О R О ^{к u}

пептидными связями по типу

Н Н Н

-N-CH-C- N-CH-C-N- СН- С

R О R О R О

В пользу справедливости этой теории служат многочисленные фактические данные:

1. Все белки дают биуретовую реакцию, характерную для соединений, содержащих группировку - NH - СО -.

2. При гидролизе белка происходит эквивалентное нарастание содержания в растворе СООН - и NH₂ -группировок, т.е. в процессе гидролиза расщепляется связь именно между этими группировками.

3. Белки расщепляются на аминокислоты под действием ферментов-протеиназ, относительно которых точно известно, что они катализируют расщепление именно - NH - СО - связей.

4. Известно, что группировка -NH-CO- поглощает электромагнитное излучение с длиной волны 190-210 нм; белки обладают интенсивным поглощением УФ-излучения именно в этой области длин волн.

5. Рентгено-структурный анализ, позволяющий идентифицировать положение каждого атома в молекуле (кроме атомов водорода), показал, что аминокислоты в белках соединяются именно -NH-CO- связями.

6. В настоящее время методами химического синтеза удалось получить некоторые белки: инсулин, рибонуклеазу, лизоцим. В ходе этих синтезов аминокислоты соединялись между собой именно пептидными связями. Полученные белки не отличались по свойствам от этих же белков, выделенных из природных источников. Эти синтезы ставили последнюю точку в доказательстве справедливости полипептидной теории строения белковых молекул.

В полипептидной цепи принято различать ее остов, образованный регулярно повторяющимися группировками -N-СН-С- и боковые радикалы R-, связанные с -СН- -группировками остова полипептидной цепи. Химическая структура остова полипептидной цепи у различных белков в принципе одинакова и различается только числом группировок -N-CH-C-, тогда как число, характер и последовательность расположения боковых радикалов R- индивидуально для каждого конкретного белка.

Наследственные протеинопатии

Наследственные протеинопатии развиваются в результате повреждений в генетическом аппарате данного индивидуума. Какой-либо белок не синтезируется вовсе или синтезируется, но его первичная структура изменена. Примеры наследственных протеинопатии - гемоглобинопатии, рассмотренные выше. В зависимости от роли дефектного белка в жизнедеятельности организма, от степени нарушения конформации и функции белков, от гомо- или гетерозиготности индивидуума по этому белку наследственные протеинопатии могут вызывать

болезни, протекающие с различной степенью тяжести, вплоть до летального исхода ещё до рождения или в первые месяцы после рождения.