Лабораторне заняття №2 білки: їх структура та механізми функціонування

Питання для підготовки з теоретичного матеріалу:

1. Хімічна будова білків

   1. Амінокислоти

   2. Пептидний зв’язок і поліпептидний ланцюг

2. Вторинна структура

   1. α-Спіраль

   2. β-Структура

   3. Спіраль 310

   4. β-Поворот

3. Глобулярна структура

   1. Роль вторинної структури в утворенні глобули

   2. Стабілізація глобули

   3. Структурна класифікація глобулярних білків

   4. Структура мембранних білків

   5. Неструктуровані білки

4. Конформаційна рухливість білків

5. Принципи функціонування білків

   1. Механізм ферментативного каталізу

   2. Механізми використання енергії гідролізу АТР

Основні терміни:

Амінокислота – органічна сполук, молекула якої містить аміногрупу (NH₂) та карбоксильну групу (СООН).

Білки – біополімери, мономерами яких є амінокислоти.

Пептидний зв’язок – ковалентний зв’язок, що утворюється між карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої амінокислоти у поліпептидному ланцюзі.

Вторинна структура білка – локальна регулярна конформація основного поліпептидного ланцюга без урахування конформації бокових груп, що стабілізована водневими зв’язками між пептидними групами (основні типи вторинної структури – α-спіраль та β-структура).

Третинна структура білка – просторова структура поліпептидного ланцюга.

Конформаційна рухливість білка – здатність білка існувати у кількох структурних станах за фізіологічних умов.

Алостерична регуляція – шлях регуляції активності білка, при якому структура його активного центру змінюється при зв’язуванні ліганду в іншому місці молекули.

Молекулярні машини – білкові молекули або їх комплекси, що здатні здійснювати спрямовані рухи, використовуючи енергію гідролізу нуклеизидтрифосфатів.

Задача 1.

Розгляньте амінокислотні послідовності трьох олігопептидів:

1. Ala-Ser-Tyr-Gln-Thr-Gly-Asn;

2. Lys-Lys-Ala-Gly-Ser-Arg-Lys;

3. Ala-Leu-Gly-Ile-Phe-Val-Met

Які з них:

а) легше розчиняються у воді;

б) повинні взаємодіяти з ДНК?

Розв’язок:

Хімічні властивості білків визначаються їх амінокислотним складом. Так, здатність білків неспецифічно взаємодіяти з негативно зарядженою молекулою ДНК залежить від наявності у їх складі позитивно заряджених амінокислот (в основному, Arg та Lys). З трьох представлених олігопептидів максимальний вміст цих амінокислот характерний для олігопептиду 2, а значить, він має здатність взаємодіяти з ДНК. Розчинність білка у воді або, навпаки, його здатність взаємодіяти з неполярним оточенням (наприклад з клітинними мембранами) залежить від кількості та співвідношення полярних та гідрофобних залишків амінокислот. Виходячи з цього, розчинними у воді є олігопептиди 1 та 2.

Задача 2.

Розгляньте фрагмент послідовності амінокислот:

Ala-Leu-Met-Thr-Ser-Leu-Val-Gly-Pro-Gly-Ser-Phe-Lys-Ile-Ser-Val-Gln-Val

Які фрагменти зберігають невпорядковану структуру в складі білка? На яких фрагментах імовірно утворюються α-спіралі та β-структурні ділянки?

Розв’язок:

Ділянки білка, які збагачені на амінокислоти пролін та гліцин не можуть бути залучені до формування вторинних структур, а отже фрагмент поліпептиду -Gly-Pro-Gly- зберігає невпорядковану структуру. У білках α-спіраль переважно утворюється на ділянках, у яких гідрофобні амінокислотні залишки зустрічаються через 3-4 амінокислоти, а β-структура – на ділянках, де кожна друга амінокислота є гідрофобною. Такий характер розміщення амінокислот у поліпептиді гарантує утворення гідрофобних кластерів на поверхні спіралі або β-складки, відповідно. У даному поліпептиді на ділянці Ala-Leu-Met-Thr-Ser-Leu-Val- можливе утворення α-спіралі, а ділянка -Phe-Lys-Ile-Ser-Val-Gln-Val може входити до складу β-структури.

Задачі для самостійного розвязку

1. Розгляньте амінокислотні послідовності трьох олігопептидів:

1) Phe-Met-Ala-His-Ser-Val-Tyr;

2) Lys-Ala-His-Arg-Arg-Met-Lys;

3) Ser-Glu-Val-Lys-Ser-Asp-Gly

Які з них:

а) легше розчиняються у воді?

б) повинні взаємодіяти з клітинною мембраною?

в) повинні взаємодіяти з ДНК?

2. Розгляньте фрагмент послідовності амінокислот:

Ala-Lys-Gly-Pro-Lys-Asn-Ser-Pro-Lys-Ala-Gln-Gly-Pro-Ser-Lys

Які фрагменти зберігають невпорядковану структуру в складі білка? На яких фрагментах імовірно утворюються α-спіралі та β-структурні ділянки?

3. Розгляньте фрагмент послідовності амінокислот:

Ala-Leu-Lys-Phe-Gln-Ile-Gln-Leu-Ala-Pro-Gly-Ser-Leu-Lys-Ile-Asn-Val-Thr-Leu-Gly

Які фрагменти зберігають невпорядковану структуру в складі білка? На яких фрагментах імовірно утворюються α-спіралі та β-структурні ділянки?