2.Белки:распространение в биообъектах, разнообразие, биологическая роль. Методы очистки и идентификации белков.

Белки (протеины, полипептиды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах АК состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток.

Белки широко применяются в медицине. Препараты, изготовленные из белков сыворотки крови животных, отдельные белковые фракции кровяной сыворотки человека.

Биологическое значение 1. Абсолютно все химические реакции в организме протекают в присутствии катализаторов — ферментов. Белки — это очень мощные катализаторы. Они ускоряют реакции в миллионы раз

2. Некоторые белки выполняют транспортные функции .Например,белок гемоглобин переносит кислород к тканям, а белок миоглобин запасает кислород в мышцах.

3. Белки — это строительный материал клеток. Из них построены опорные, мышечные, покровные ткани.

4. Белки играют важную роль в иммунной системе организма.Существуют специфические белки (антитела), которые способны распознавать и связывать чужеродные объекты - вирусы, бактерии, чужие клетки.

5. Белки-рецепторы воспринимают и передают сигналы, поступающие от соседних клеток или из окружающей среды.

Методы выделения и очистки белков

1) Осаждение. Для осаждения необходимо понизить каким-либо способом растворимость белка. Растворимость белка зависит от их способности к гидратации. Добавление органических растворителей(ацетон) понижает степень гидратации и приводит к осаждению белка. (слипание белковых частиц и их выпадению в осадок.)

2) Изоэлектрическое осаждение. По мере повышения рН различными способами заряд белков проходит от положительных к отрицательным значениям и в изоэлектрической точке оказывается равен нулю. В результате белок лишается своей ионной атмосферы и его частицы слипаются, выпадая в осадок.

3) Центрифугирование. Выпавший осадок белка можно выделить фильтрованием. Для этого часто пользуются центрифугами. Частицы осажденного вещества под действием центробежной силы оседают на дне центрифужных стаканов и сжимаются в плотный осадок, с которого оставшийся раствор легко сливается или отсасывается.

4) Сорбция. Основана на различном сродстве компонентов смесей к определенным веществам сорбентам. Наиболее часто используемый сорбент гель фосфата кальция или активированный уголь.

5) Ситовой эффект. Молекулярные сита представляют собой материалы с очень маленькими порами определенного размера. Следует отметить отличие этих "сит": крупные частицы не остаются на поверхности материала сита, а обтекают его частички (гранулы), тогда как мелкие вещества примесей диффундируют в частицы сита и таким образом задерживаются.

В перечисленных методах в конечной смеси остаются вспомогательные низкомолекулярные вещества органические растворители, соли и кислоты. Для очищения от них используется метод диализа. Диализ основан на применении мембран проницаемых для воды и низкомолекулярных веществ и непроницаемых для белков. Непрерывный ток воды через сосуд приводит к полному переходу в него всех проходящих через целлофан веществ, а белки остаются внутри.

3.Принципы структурно-функциональной организации белков: первичная структура, типы вторичной структуры и их основные характеристики, строение и функциональная роль доменов. Третичная и четвертичная структура белков. Характеристика связей, стабилизирующих первичную, вторичную, третичную структуру белков

Первичная структура-конфигурация полипепт цепи,которая формир.в результате образования пептидной связи между остатками АК. Последовательность АК-остатков в полипепт цепи с учетом дисульфидных мостиков ,если реализована возможность их образования.Пример: молекула инсулина (сост из 51 АК ,разделена на 2 цепи:21 ост. цепи А; 30 ост цепи Б).Цепи объед. с помощью 2х дисульфидных мостиков,возникающих при взаимодействии цистеинов.Основным типом связи явл ковалентная пептидная связь(СO-NH-CH-). Атомы пептидной связи расп в 1 плоскости –копланарно. Атомы О2 и Н чаще всех находятся в трансположении.Пептидная связь может быть кетонная и енольная .Первичная структура является основой для формирования последовательных структур белка за счет взаимодействия боковых радикалов. Вторичная структура-локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями.

Типы: Правая α-спираль —3,6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0,54 нм[25] (на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм), спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп. α-спираль может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная.

β- складчатые слои — несколько зигзагообразных полипептидных цепей.Цепи вытянуты не полностью-образуется складчатая структура водородных связей. Для образования β-листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин;

Домены- элемент третичной структуры белка, представляющий собой достаточно стабильную и независимую подструктуру белка, в состав домена обычно входит несколько элементов вторичной структуры +40-300 остатков АК .

Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи.Различают глобулярные и фибриллярные белки.В основе классификации лежит оксиальное отношение(отнош. длины молекулы к ее ширине). В стабилизации третичной структуры принимают участие:ковалентные связи ,ионные связи, водородные связи,гидрофобные взаимодействия. Глобулярные белки-сост из 1 полипептидной цепи, растворимы в воде. Фибриллярные –сост из вытянутых цепей,расп. параллельно и удерживаемых вместе нековал связей.

Фолдинг белка- процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникально нотивную пространственную структуру.

4.Методы изучения структуры белков. Гидролиз белков, определение аминокислотного состава. Анализ N- и С- концевых аминокислот.

Гидролиз (гидролизация) белков – это процесс дробления цепочек белковых молекул на части. Получаемые фрагменты называются пептидами и обладают рядом полезных свойств-более быстрое усвоение по сравнению с первоначальной молекулой. Идеальный гидролиз белков – это расщепление молекулы белка до составляющих аминокислот. В процессе пищеварения организм дробит белки до отдельных аминокислот, которые и попадают в кровь. Гидролиз способен многократно повысить пищевую ценность белков. Гидролиз – это процесс вторичной обработки уже выделенного тем или иным способом белка.

Белок + Н2О → смесь аминокислот

Для определения аминокислотного состава белка применяют различные физико-химические методы, например распределительную хроматографию и ионообменную хроматографию. Распределительная хроматография на бумаге имеет преобладающее значение. Длительное и сложное определение аминокислотного состава гидролизатов сейчас автоматизировано: по графику на ленте автомата находят абсолютное содержание аминокислот.В зависимости от числа АК остатков входящих в состав молекулы полипептида ,различают ди-,три- и тд полипептиды.Названия происходят от названий α-аминокислот.

Для определения природы С-концевой аминокислоты часто используют ферментативные методы. Обработка полипептида карбоксипептидазой, которая разрывает пептидную связь с того конца пептида, где содержится свободная СООН-группа, приводит к освобождению С-концевой аминокислоты, природа которой может быть идентифицирована методом хроматографии. С-концевую аминокислоту идентифицируют также путем обработки полипептида восстанавливающим агентом, например боргидридом натрия. С-концевая, аминокислота будет превращаться в α-аминоспирт. Таким образом, при помощи указанных методов определяют природу N- и С-концевых аминокислот.

Методы изучения структуры белка: Для определ АК последовательности необходимо иметь представление о АК составе,какие кислоты и в каком кол-ве входят в состав данного белка.Для этого проводят полный гидролиз белка с последоват. Коллич пределения смеси образовавшейся АК.