Вопрос №2 Форма белков. Глобулярные и фибриллярные белки. Молекулярная масса белков. Принципы методов определения молекулярной массы.
Глобулярные белки преобладают в организме, к ним относятся большинство ферментов, гемоглобин, миоглобин и т.д.
Фибриллярные белки(белки вытянутой формы) напр: коллаген-основной компонент соединительной ткани, выполняющий структурную функцию; кератины, содержащие в эпидермисе кожи, волос, ногтей.
Белки относятся к высокомолекулярным соединениям. Молекулярная масса белков колеблется
от 6000 (нижний предел) до 1000000 и выше в зависимости от количества
отдельных полипептидных цепей. основными методами определения молекулярной
массы физико-химические методы (гравиметрические,
осмометрические, вискозиметрические, электрофоретические и т.д). Часто используются методы седиментационного анализа, гель-хроматография и гель-электрофорез. Определение молеку-
лярной массы белков методами седиментационного анализа проводят
в ультрацентрифугах *, в которых удается создать центробежные ускорения
Вопрос №3. Первичная структура белка(ПСБ)
ПСБ-порядок чередования(последовательность) АК в полипептидной цепи, образуется пептидными связями, индивидуальна для различных белков.
Значение ПСБ:
1) обладают гормональной активностью (вазопрессин, глюкагон)
2) регулируют процессы пищеварения (гастрин, холецистокинин)
3) регулируют тонус сосудов и АД (брадикинин, калидин)
4) регулируют аппетит (лептин, нейропептид Y)
|
5) обладают обезболивающим действием (энкефалины, эндорфины)
6) участвуют в регуляции высшей нервной деятельности и биохимических процессах.
Свойства ПСБ:
1) Уникальна и детерминирована генетически
2) Стабильна (обеспеч пептидными связями)
3) В цепи встречаются разнообразные комбинации АК
4) В цепи детермированны 2-я,3-я и 4-я стр-ры белка,определяющие ее общую пространственную конформацию.
Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.
Образование
пептидной связи
Свойства пептидной связи:
1) 4 атома связи (C, N, O и H) и 2 α-углерода находятся в одной плоскости. R-группы аминокислот и водороды при α-углеродах находятся вне этой плоскости.
2) H и O в пептидной связи, а также α-углероды двух аминокислот транс-ориентированы (транс-изомер более устойчив).
3) Вращение вокруг связи C-N затруднено, возможно вращение вокруг С-С связи.
Вопрос №4
Вторичная структура белка пространственная структура, образованная водородными связями между карбонильной (C-О -ИМИНО N-H)группами пептидного остова .Водородные связи представляют собой слабые электростатические взаимодействия между одним электроотрицательным атомом (кислорода, азотаили др) И атомом водорода, ковалентно связанным с другим элетроотрицательным атомом.Водородные связи отличаются малой прочностью, но, образуясь в больших количествах В молекуле белка, обеспечивают ее компактность. Различают 3 типа вторичной структуры. α- спираль В образование водородных связей вовлечены все C- О- и -N- -H- -группы полипептидгого острова связи образуются очень упорядоченно, формируя спираль, И ориентированы вдоль ее оси .На виток спирали укладывается 36 аминокислотных остатка, те. водородные связи образуются между 1-й и 4-й аминокислотами, преимущественно с короткими боковыми цепями . Пролин и аминокислоты с длинными радикалами нарушают спиралевидную укладку. α- Спираль представляет собой самый жесткий тип вторичной структуры, преобладает во многих белках. β- структура складчатого типа, водородные связи образуются менее системно, формируя гофрированную структуру из полипептидной цепи. При этом участки цепи идут либоив одном либо в противоположном направлении. β-Структура в белках встречается реже, чем α- спираль. На схемах изображается в виде широкой плоской стрелки, отмечающей направление от N- к C- концу цепи. Беспорядочный клубок не имеет регулярной структуры ,водородные связи образуются бессистемно. Участки полипептидной цепи, образующие этот тип вторичной структуры, обычно небольшие, в этом месте молекулы цепь может легко изгибаться, меняя направление .Содержание участков, имеющих различные типы вторичной структуры, в белках может сильно различаться, что обусловлено первичной структурой полипептидной цепи. Есть белки с выраженным преобладанием α- спирали (гемоглобин И миоглобин, гормон инсулин) в других белках преобладают участки β- структуры (химотрипсин,иммуноглобулин).Чаще же в белках присутствуют все 3 типа вторичной структуры (ферменты,лактатдегидрогеназа –ЛДГ)
Вопрос №5 Третичная структура белка. Силы, стабилизирующие третичную структуру. Взаимосвязь первичной и третичной структуры . Образование третичной структуры белка из элементов вторичной структуры. Супервторичная структура, структурные мотивы.
Третичная структура белка-пространственная струкутура , образованная взаимодействиями между радикалами аминокислот. Третичную структуру формируют 4 типа химических связей : гидрофобная , водородная,ионная,дисульфидная.По форме(глобулярные , фибриллярные)
Стабилизирующие взаимодействия:
ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);
ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;
водородные связи;
гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.
Связь с первичной структурой:
Третичная структура белка в некоторой степени определяется первичной структурой,т.е связями первичной структуры белка.
Третичную структуру некоторых белков стабилизируют дисульфидные связи, образующиеся за счёт взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина. Эти два остатка цистеина могут находиться далеко друг от друга в линейной первичной структуре белка, но при формировании третичной структуры они сближаются и образуют прочное ковалентное связывание радикалов.
Третичная структура белка формируется из элементов вторичной структуры, таких как α-спирали и β-листы:
1. α-спиральный класс белков, который включает в себя все белки, главным образом состоящие из α-спиралей, которые обычно образуют общее гидрофобное ядро. При- мерно 22% всех белков можно отнести к этой категории. 2. β-белки состоят в основном из β-цепей, сгруппированных в β-листы, стабилизиро- ванные множеством водородных связей. Эти белки обычно имеют несколько слоёв с общим гидрофобным ядром. Примерно 16% всех известных белков можно отнести к этому типу.
Супервторичная структура:
Сравнение конформаций разных по структуре и функциям белков выявило наличие у них похожих сочетаний элементов вторичной структуры. Такой специфический порядок формирования вторичных структур называют супервторичной структурой. Супервторичная структура формируется за счет межрадикальных взаимодействий.
Нередко в белках, различающихся по структуре и функции, встречаются однотипные сочетания а- и (3-структур (структурные мотивы), обозначаемые как супервторичная структура.
Вопрос №6 Четвертичная структура белка. Взаимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру. Структурная организация контактов между субъединицами на примере гемоглобина.
В организме существуют белки, состоящие из нескольких одинаковых или разных полипетидных цепей. Каждая цепь имеет 3 уровня структурной организации и называется протомером (субъединицей). Четвертичная (VI) структура белка – пространственное взаиморасположение нескольких полипептидных цепей (протомеров или субъединиц). Белок, имеющий VI структуру, называется олигомерным. Число протомеров в олигомере зависит от его функции и может составлять от двух (ферментокиназа) до нескольких десятков или даже сотен (пируватдегидрогеназный комплекс).
Взаимодействие контактных поверхностей протомеров в олигомерном белке происходит строго по принципу комплиментарности. При этом слабые ковалентные связи (гидрофобная, водородная ионная). Олигомерные белки при определённых условиях могут диссоциировать.
Все молекулы одного и того же нативного белка (nature – природа) имеют одинаковую пространственную структуру, так как информация обо всех уровнях пространственной укладки закодирован в первичной структуре белковой молекулы.
Совокупность всех пространственных уровней укладки (II, III, IV) получила название конформации белка. Слабые химические связи, стабилизирующие пространственную структуру, очень чувствительны к изменениям температуры, pH среды или воздействиям специфических лигандов. Их разрыв вызывает изменение конформации белка, которое обычно бывает обратимо. Такая изменчивость пространственной структуры получила название конформационной стабильности.
Гемоглобин (НЬ) - сложный олигомерный белок, состоящий из 4 протомеров двух типов (2α и 2β), включающих 574 аминокислотных остатка. Содержится в эритроцитах, на его долю приходится до 90% массы белков клетки. Гемоглобин обеспечивает перенос кислорода из легких в ткани и удаление диоксида углерода из тканей. В мышцах внутриклеточный транспорт и кратковременное депонирование кислорода осуществляет другой белок - миоглобин (Mb). Он не является олигомером, так как состоит только из одной полипептидной цепи, конформация которой очень похожа на пространственную структуру β-цепи гемоглобина. Большую часть молекулы Mb и протомеров Hb составляют 8 α-спиральных участков, образующих глобулу с гидрофобным углублением, в котором находится центр связывания с кислородом (активный центр). При этом полипептидные цепи миоглобина и протомеров гемоглобина идентичны всего на 20%. Оба белка являются холопротеинами, простетическая группа - гем, который находится в активном центре и участвует во взаимодействии с кислородом. Гем (ферропротопорфирин) представляет собой органическое соединение с плоской молекулой, включающей 4 пиррольных цикла и ион железа Fe2+. Он является окрашенным соединением и придает красный цвет гемоглобину, эритроцитам (красные кровяные тельца) и крови. Гем присоединяется к неполярным радикалам активного центра своими пиррольными циклами, а также к радикалу гистидина с помощью атома Fe.
Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А. При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема
В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы. Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина. Гемоглобин является олигомерным белком и имеет ряд особенностей функционирования, характерных для всех олигомерных белков. Молекула гемоглобина состоит из 4 протомеров и имеет 4 центра связывания О2 (активные центры). Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул кислорода.