Биологическая активность белка. При денатурации пространственная структура белковой молекулы и биологическая активность белка
Что такое белки в целом и какую роль они играют в человеческом организме. Каковы функции белков, что такое азотистый баланс и какова биологическая ценность белков. Это неполный список вопросов затронутых в данной статье.
Продолжаем серию статей "ОБМЕН УГЛЕВОДОВ В ОРГАНИЗМЕ", "ОБМЕН ЖИРОВ В ОРГАНИЗМЕ" статьей "ОБМЕН БЕЛКОВ В ОРГАНИЗМЕ". Информация рассчитана на широкий круг читателей, при одобрении со стороны читателей серия статей, посвященных физиологии человека, будет продолжена.
ФУНКЦИИ БЕЛКОВ- Пластическая функция белков состоит в обеспечении роста и развития организма за счет процессов биосинтеза. Белки входят в состав всех клеток организма и межтканевых структур.
- Ферментативная активность белков регулирует скорость протекания биохимических реакций. Белки-ферменты определяют все стороны обмена веществ и образования энергии не только из самих протеинов, но из углеводов и жиров.
- Защитная функция белков состоит в образовании иммунных белков — антител. Белки способны связывать токсины и яды а также обеспечивать свертываемость крови (гемостаз).
- Транспортная функция заключается в переносе кислорода и двуокиси углерода эритроцитным белком гемоглобином , а также в связывании и переносе некоторых ионов (железо, медь, водород), лекарственных веществ, токсинов.
- Энергетическая роль
белков обусловлена их способностью освобождать при окислении энергию. Однако при этом пластическая
роль белков в метаболизме превосходит их энергетическую
, а также пластическую
роль других питательных веществ. Особенно велика потребность в белке в периоды роста, беременности, выздоровления после тяжелых заболеваний.
- В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов , из которых в дальнейшем клетками различных тканей и органов, в частности печени , синтезируются специфические для них белки. Синтезированные белки используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток, синтеза ферментов и гормонов.
Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс. Азотистым балансом называют разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов. При расчетах азотистого баланса исходят из того факта, что в белке содержится около 16% азота, то есть каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка.
- Если количество поступившего азота равно количеству выделенного, то можно говорить об азотистом равновесии . Для поддержания азотистого равновесия в организме требуется как минимум 30-45г животного белка в сутки (физиологический минимум белка ).
- Состояние, при котором количество поступившего азота превышает выделенное, называют положительным азотистым балансом . Состояние, при котором количество поступившего азота меньше выделенного, называют отрицательным азотистым балансом .
- Азотистое равновесие у здорового человека является одним из наиболее стабильных метаболических показателей.Уровень азотистого равновесия зависит от условий жизнедеятельности человека, вида совершаемой работы, функционального состояния ЦНС и количества поступаемых в организм жиров и углеводов.
Белки органов и тканей нуждаются в постоянном обновлении. Около 400 г белка из 6 кг, составляющих белковый "фонд" организма, ежедневно подвергается катаболизму и должно быть возмещено эквивалентным количеством вновь образованных белков. Минимальное количество белка, постоянно распадающегося в организме, называется коэффициентом изнашивания . Потеря белка у человека массой 70 кг составляет 23 г/сут. Поступление в организм белка в меньшем количестве ведет к отрицательному азотистому балансу, неудовлетворяющему пластические и энергетические потребности организма.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ БЕЛКОВВне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот . Для нормального метаболизма имеет значение не только количество получаемого человеком белка, но и его качественный состав, а именно соотношение заменимых и незаменимых аминокислот .
- Незаменимыми
являются 10 аминокислот, которые не синтезируются в организме человека, но вместе с тем абсолютно необходимы для нормальной жизнедеятельности. Отсутствие даже одной из них ведет к отрицательному азотистому балансу, потере массы тела и другим несовместимым с жизью нарушениям.
- Незаменимыми аминокислотами являются валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, цистеин , незаменимыми условно — аргинин и гистидин . Все эти аминокислоты человек получает только с пищей.
- Заменимые аминокислоты также необходимы для жизнедеятельности человека, но они могут синтезироваться и в самом организме из продуктов обмена углеводов и липидов. К ним относятся гликокол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, тирозин, пролин, серин, глицин ; условно заменимые — аргинин и гистидин .
- Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называются полноценными и имеют максимальную биологическую ценность (мясо, рыба, яйца, икра, молоко, грибы, картофель ).
- Белки в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки ). В связи с этим для удовлетворения потребности в аминокислотах наиболее рациональной является разнообразная пища с преобладанием белков животного происхождения.
- Суточная потребность в белках у взрослого человека составляет 80-100 г белка, в том числе 30 г животного происхождения, а при физических нагрузках — 130-150 г. Эти количества в среднем соответствуют физиологическому оптимуму белка — 1 г на 1 кг массы тела.
- Животный белок пищи практически полностью превращается в собственные белки организма. Синтез же белков организма из растительных белков идет менее эффективно: коэффициент превращения составляет 0,6 - 0,7 по причине дисбаланса незаменимых аминокислот в животных и растительных белках.
- При питании растительными белками , действует "правило минимума ", согласно которому синтез собственного белка зависит от незаменимой аминокислоты, которая поступает с пищей в минимальном количестве .
После приема пищи, особенно белковой, отмечено повышение энергообмена и теплопродукции . При употреблении смешанной пищи энергообмен возрастает примерно на 6%, при белковом питании повышение может достигнуть 30-40% общей энергетической ценности всего введенного в организм белка. Повышение энергообмена начинается через 1-2 ч, достигает максимума через 3 ч и продолжается в течение 7 — 8 ч после приема пищи.
Гормональная регуляция метаболизма белков обеспечивает обеспечивает динамическое равновесие их синтеза и распада.
- Анаболизм белков контролируется гормонами аденогипофиза (соматотропин ), поджелудочной железы (инсулин ), мужских половых желез (адроген ). Усиление анаболической фазы метаболизма белков при избытке этих гормонов выражается в усиленном росте и увеличении массы тела. Недостаток анаболитических гормонов вызывает задержку роста у детей.
- Катаболизм белков регулируется гормонами щитовидной железы (тироксин и трийодтиронон ), коркового (клюкокортикоиды ) и мозгового (адреналин ) вещества надпочечников. Избыток этих гормонов усиливает распад белков в тканях, что сопровождается истощением и отрицательным азотистым балансом. Недостаток гормонов, например, щитовидной железы сопровождается ожирением.
Белки являются, безусловно, одними из важнейших компонентов в процессе жизнедеятельности организма. А главное, они играют чрезвычайно важную роль в питании человека, так как являются главной составной частью клеток всех органов и тканей организма. Недаром ведь в 2005 году по законопроекту, подготовленному Минздравсоцразвития, "в целях повышения качества питания в новой потребительской корзине предлагается увеличить объем продуктов, содержащих белок животного происхождения, одновременно сократив объем продуктов, содержащих углеводы".
Cообщение # 3367, написанное 05-03-2014 в 14:52 МСК, удалено.
| # 1347 · 07-06-2013 в 12:37 МСК · ip адрес записан · |
Белки - это высокомолекулярные соединения (полимеры), состоящие из аминокислот - мономерных звеньев, соединенных между собой пептидными связями. Все 20 аминокислот, встречающиеся в белках, это a -аминокислоты, общим признаком которых является наличие аминогруппы - NН2 и карбоксильной группы - СООН у a -углеродного атома. a -аминокислоты отличаются друг от друга структурой группы R и, следовательно, свойствами. Все аминокислоты можно сгруппировать на основе полярности R-групп, т.е. их способности взаимодействовать с водой при биологических значениях рН.
В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.
Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для изучения пространственной структуры данного белка.
Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров - полисахаридов и ДНК. Так, 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. Также белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.
Белки - важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть должна поступать с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.
Определение аминокислотной последовательности первого белка - инсулина - методом секвенирования белков принесло Фредерику Сенгеру Нобелевскую премию по химии в 1958 году. Первые трёхмерные структуры белков гемоглобина и миоглобина были получены методом дифракции рентгеновских лучей, соответственно, Максом Перуцем и Джоном Кендрю в конце 1950-х годов, за что в 1962 году они получили Нобелевскую премию по химии.
Пептидные связи образуются при взаимодействии a -аминогруппы одной аминокислоты с a -карбоксильной группой другой аминокислоты: Пептидная связь - это амидная ковалентная связь, соединяющая аминокислоты в цепочку. Следовательно, пептиды - это цепочки аминокислот.
Изображение последовательности аминокислот в цепи начинается с N-концевой аминокислоты. С неё же начинается нумерация аминокислотных остатков. В полипептидной цепи многократно повторяется группа: -NH-CH-CO-. Эта группа формирует пептидный остов. Следовательно, полипептидная цепь состоит из остова (скелета), имеющего регулярную, повторяющуюся структуру, и отдельных боковых цепей R-групп. Первичная структура характеризуется порядком (последовательностью) чередования аминокислот в полипептидной цепи. Даже одинаковые по длине и аминокислотному составу пептиды могут быть разными веществами потому, что последовательность аминокислот в цепи у них разная. Последовательность аминокислот в белке уникальна и детерминируется генами. Даже небольшие изменения первичной структуры могут серьезно изменять свойства белка. Было бы неправильно заключить, что каждый аминокислотный остаток в белке необходим для сохранения нормальной структуры и функции белка.
Функциональные свойства белков определяются их конформацией, т.е. расположением полипептидной цепи в пространстве. Уникальность конформации для каждого белка определяется его первичной структурой. В белках различают два уровня конформации пептидной цепи - вторичную и третичную структуру. Вторичная структура белков обусловлена способностью групп пептидной связи к водородным взаимодействиям: C=O....HN. Пептид стремится принять конформацию с максимумом водородных связей. Однако возможность их образования ограничивается тем, что пептидная связь имеет частично двойной характер, поэтому вращение вокруг нее затруднено. Пептидная цепь приобретает не произвольную, а строго определенную конформацию, фиксируемую водородными связями. Известны несколько способов укладки полипептидной цепи: a -спираль - образуется внутрицепочечными водородными связями между NH-группой одного остатка аминокислоты и CO-группой четвертого от нее остатка; b -структура (складчатый лист) - образуется межцепочечными водородными связями или связями между участками одной полипептидной цепи изогнутой в обратном направлении; беспорядочный клубок - это участки, не имеющие правильной, периодической пространственной организации. Но конформация этих участков также строго обусловлена аминокислотной последовательностью. Содержание a -спиралей и b -структур в разных белках различно: у фибриллярных белков - только a -спираль или только b -складчатый лист; а у глобулярных белков - отдельные фрагменты полипептидной цепи: либо a -спираль, либо b -складчатый лист, либо беспорядочный клубок. Третичная структура глобулярных белков представляет ориентацию в пространстве полипептидной цепи, содержащей a -спирали, b -структуры и участки без периодической структуры (беспорядочный клубок). Дополнительное складывание скрученной полипептидной цепи образует компактную структуру. Это происходит, прежде всего, в результате взаимодействия между боковыми цепями аминокислотных остатков.
Биологические науки можно охарактеризовать как науки, изучающие механизмы, с помощью которых молекулы осуществляют свои специфические функции в живых клетках.
Механизм действия простых неорганических ионов и органических молекул во многих случаях удалось до некоторой степени объяснить. Мы имеем, например, известное представление о физиологических последствиях повышения или понижения осмотического давления жидкостей тела при введении или удалении хлористого натрия. Другим примером служит нарушение проведения нервных импульсов в синапсах, возникающее после введения физостигмина, которое можно частично отнести за счет действия этого наркотика на фермент холинэстеразу. Однако даже такие хорошо изученные системы продолжают оставаться областью поисков и спекуляций для исследователей, что свидетельствует о сложности клетки.
Химики, изучающие белок, естественно, сознают, что легче всего приблизиться к пониманию функций клетки, изучая структуру и функцию молекул белка. Эта точка зрения, по-видимому, не лишена оснований. За исключением тех редких явлений в биологии, которые носят чисто физический характер, «жизнь» клеток основана главным образом на совокупности ферментативных катализов и их регулировании.
Область химии белка теперь достигла достаточной сложности, чтобы думать о белках скорее как об органических веществах, а не как о конгломератах аминокислот. Несмотря на необычайную сложность молекулы белка, мы можем в настоящее время количественно описать такие явления, как денатурация, в терминах довольно хорошо установленных изменений в специфических типах химических связей. Такая благоприятная ситуация дает нам возможность найти разумные пути для сопоставления специфических особенностей ковалентной и нековалентной структуры белков с биологической активностью. Белковые молекулы, по-видимому, состоят из одной или нескольких полипептидных цепей, соединенных между собой и удерживаемых в виде спиральной структуры благодаря наличию системы разнообразных химических связей различной силы. При изменении какой-либо из этих связей появляется вещество, которое не идентично первоначальной нативной молекуле и которое в известном смысле можно рассматривать как денатурированный белок. Однако с точки зрения функции мы можем придерживаться более строгих критериев. Нативность фермента, выражающуюся в его способности катализировать некую определенную реакцию, не следует связывать со всей его структурой.
Изучение последствий частичного специфического разрушения биологически активных белков начато совсем недавно. Однако еще 20 с лишним лет назад было показано, что замещение некоторых активных групп белков или превращение их в какие-либо другие группы не сопровождается потерей активности. Пожалуй, наиболее хорошо изученный пример такого рода исследований - это серия работ Херриота и Нортропа по Изучению активности пепсина при постепенном ацетилировании его молекулы. Пепсин обрабатывали кетеном, и при этом происходило превращение свободных аминогрупп и гидроксильных групп в их ацетилпроизводные. С помощью этого метода Херриот смог получить кристаллическое ацетилпроизводное пепсина, содержащее 7 ацетильных групп на молекулу пепсина. Ацетилпепсин обладал 60% каталитической активности исходного фермента. Херриот показал, что спектр поглощения в ультрафиолете этого вещества, обладавшего 60% активности, изменился настолько, что это изменение можно было объяснить блокированием трех гидроксильных групп тирозина. При осторожном гидролизе ацетилированного пепсина при pH 0 или при pH 10,0 происходило отщепление трех ацетильных групп, сопровождавшееся восстановлением каталитической активности фермента. Эти, а также некоторые другие исследования показали, что остатки тирозина имеют какое-то отношение к активности пепсина, тогда как ацетилирование ряда свободных аминогрупп белка не оказывает влияния на его функцию.
Такого рода опыты стали в настоящее время относительно обычными, и нет сомнения в том, что можно несколько изменить строение многих ферментов и гормонов, не вызывая их инактивации. Несмотря на эти данные, еще сравнительно недавно считали, что структура биологически активных белков более или менее «неприкосновенна» и что для осуществления своих функций эти белки должны сохранять свою трехмерную структуру во всей ее целостности.
Эта концепция поддерживается некоторыми теоретическими соображениями, согласно которым молекула белка может иметь несколько различных резонансных конфигураций. Наблюдения, проведенные в области иммунологии, также говорят в пользу этой концепции. Хорошо известно, что относительно небольшие изменения, например, в строении гаптена, могут вызвать значительный сдвиг эффективности реакции со специфическим антителом.
Идея «неприкосновенности» структуры белка теперь постепенно заменяется идеей о «функциональной значимости части молекулы». Вскоре после того, как Сэнджер с сотрудниками завершили свои фундаментальные исследования инсулина быка, Лене показал, что определенное нарушение структуры гормона, а именно удаление С-концевого остатка аланина в цепи В, не ведет к потере биологической активности. Эволюционное значение этого факта в свое время было неясно, поскольку это был первый опыт такого рода и можно было рассматривать его как отдельный нетипичный случай. Однако в настоящее время накопилось много подобных наблюдений, и необходимо заняться вопросом о том, почему С-концевой остаток аланина сохранился в качестве постоянного структурного элемента молекулы инсулина, если этот остаток не играет роли в биологической активности гормона.
Инсулин подвергался и другим более подробным исследованиям этого типа. Однако для того, чтобы выяснить, до какой степени можно нарушить структуру белков, не вызывая при этом их инактивации, мы обратимся к трем другим примерам, о которых имеется несколько больше сведений: 1) гормону гипофиза, АКТГ; 2) ферменту поджелудочной железы - рибонуклеазе и 3) растительному ферменту - папаину. При последующем обсуждении этих примеров мы используем более или менее одновременно два различных подхода к структурной основе биологической активности: во-первых, мы постараемся показать, что активные полипептиды можно подвергать разрушению, не нарушая их функции, т. е. выявить части структуры, не имеющие существенного значения для функции; во-вторых, следует определить существенные части структуры, т. е. активные центры.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Тема: «ХИМИЯ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ»
Выберите один или несколько правильных ответов или дополните фразу
1. Белками называются полимеры, состоящие из _____________, ________связями.
2. Какие из перечисленных соединений относятся к белкам:
1. коллаген
2. миоглобин
3. инсулин
4. глутатион
5. вазопрессин
3. Какие из перечисленных белков относятся к защитным?
1.трансферрин
2.иммуноглобулин
3. протромбин
4.фибриноген
5.инсулин
4. Какие из перечисленных белков относятся к транспортным:
1. альбумин
2. церулоплазмин
3. транскортин (глобулин, связывающий кортикостероиды)
4. гемоглобин
5. иммуноглобулин
5. К структурным белкам организма человека относят:
1.трансферрин
2. коллаген
3. инсулин
4. эластин
6. К сократительным белкам организма человека относятся:
2. кератин
3.гемоглобин
5. протромбин
7. К регуляторным белкам организма человека относят:
1.церулоплазмин
2.инсулин
3.цитокины
4.гемоглобин
5.фибриноген
8.Под первичной структурой белка понимают ____________ в молекуле белка.
9. Под вторичной структурой белка понимают пространственное расположение _________.
10.Ассоциация нескольких полипептидных цепей с образованием функционально активной молекулы белка называется _____ и _____ структурами.
11 .Какие разновидности вторичной структуры встречаются в белках?
1.α-спираль
2.β-складчатая структура
3. аморфный клубок
4. коллагеновая спираль
5. β -спираль
12.В формировании вторичной структуры белка участвуют __________.
13.В формировании третичной структуры белков принимают участие:___ ,___ ,___, ___.
14.В формировании четвертичной структуры белка участвуют: ___, ___ и ___ между радикалами полярных незаряженных аминокислот.
15.Какие из перечисленных белков не имеют четвертичной структуры?
1.гемоглобин
2.миоглобин
3.каталаза
4.инсулин
5.лактатдегидрогеназа
16.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот в нейтральной среде могут возникнуть водородные связи?
1.глутамата и серина
2. серина и аланина
3.глутамата и лизина
4. аспарагина и тирозина
5. треонина и цистеина
17.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот в нейтральной среде могут возникнуть ионные связи?
1.аспарагин и лизин
2.аспартат и аргинин
3.глутамат и фенилаланин
4.глутамат и лизин
5. фенилаланин и аланин
18.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот могут возникнуть дисульфидные связи?
1.серин и серин
2.цистеин и серин
3.цистеин и цистеин
4.цистеин и метионин
5.метионин и метионин
19.Какие типы связей могут возникнуть между радикалами аминокислот глутамата и тирозина?
1.псевдопептидные
3. водородные
4. гидрофобные
5. дисульфидные
20.Какие типы связей могут образоваться между радикалами аминокислот лейцина и валина?
1.дисульфидные
3.гидрофобные
4.пептидные
5.водородные
21. Денатурацией называется процесс _____ распада белка и утрата молекулой белка ______.
При денатурации пространственная структура белковой молекулы ___ и биологическая активность белка ___.
23.Сворачивание молекулы белка с образованием нативной молекулы после действия денатурирующих агентов называется:
1. денатурацией
2. ренативацией
3. ионизацией
4. экстракцией
5. рефолдингом
24.Необратимое осаждение белков из растворов вызывается действием:
1. концентрированной
2. растворов солей тяжелых металлов
3. растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов
5.трихлоруксусной кислоты
25.Какие из перечисленных реакций осаждения белка относятся к обратимым?
1.осаждение танином
2.осаждение ацетоном при низкой температуре
3.осаждение сульфосалициловой кислотой
4.осаждение сернокислой медью
5.осаждение сернокислым аммонием
26.С помощью, каких качественных реакций можно обнаружить белок в моче?
2.Хеллера
3.с сульфосалициловой кислотой
4.биуретовой
5. Адамкевича
27.Растворимость белка в воде определяется:
1.величиной заряда
2.рН среды
3.наличием гидратной оболочки
4.наличием небелкового компонента
5.формой белковой молекулы
28.Осаждение белка из растворов происходит под действием:
1. дегидратирующих факторов
2.факторов, способствующих повышению заряда белковой молекулы;
3.денатурирующих факторов
4.факторов, способствующих нейтрализации заряда белковой молекулы
5.факторов, повышающих коллоидную устойчивость белков
29.Для выделения белков из растворов методом высаливания используют высококонцентрированные растворы:
30.Для экстракции белков из гомогенатов тканей используются:
1.5% раствор
3.5% раствор
4.насыщенный раствор
31 .Изоэлектрической точкой белка называется значение рН среды, при котором заряд белковой молекулы ___ и значение рН среды, при котором в молекуле белка количество ___равно количеству ____ групп.
32.Заряд белковой молекулы зависит от:
1.наличия гидрофобных аминокислот
2.рН среды
3.наличия способных к диссоциации групп (амино-, карбокси- гуанидиновых, имидазольных) в радикалах аминокислот
4.наличия α-амино- и α-карбоксигрупп в главной цепи молекулы
5.присутствия электролитов
33.Для растворов белков характерны следующие физико-химические свойства:
1.высокая вязкость
2.опалесценция
3.высокая скорость диффузии
4.неспособность проникать через полупроницаемую мембрану
5.способность проникать через полупроницаемую мембрану
34.Диализ представляет собой метод очистки белков от ______ , основанный на ___ проходить через полупроницаемую мембрану.
35.Для разделения белковых смесей на индивидуальные компоненты используются следующие физико-химические методы:
1 распределительная хроматография
2.гель-хроматография
3.электрофорез
5.ионообменная хроматография
36.Какие из перечисленных методов используются для разделения белков, имеющих различные значения изоэлектрической точки?
1.гель-фильтрация
2.ионообменная хроматография
3.электрофорез
4.аффинная хроматография
5.распределительная хроматография
37.Какие из аминокислот преобладают в белке с изоэлектрической точкой 6,9?
1.глутаминовая кислота
2.аргинин
4.аспарагиновая кислота
Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных)
Биология и генетика
Видовая специфичность первичной структуры белков инсулины разных животных. Стабильность первичной структуры обеспечивается в основном главновалентными пептидными связями; возможно участие небольшого числа дисульфидных связей. В некоторых ферментах обладающих близкими каталитическими свойствами встречаются идентичные пептидные структуры содержащие неизменные инвариантные участки и вариабельные последовательности аминокислот особенно в областях их активных центров.
Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных).
Анализ данных о первичной структуре белков позволяет сделать следующие общие выводы.
1. Первичная структура белков уникальна и детерминирована генетически. Каждый индивидуальный гомогенный белок характеризуется уникальной последовательностью аминокислот: частота замены аминокислот приводит не только к структурным перестройкам, но и к изменениям физико-химических свойств и биологических функций.
2. Стабильность первичной структуры обеспечивается в основном главновалентными пептидными связями; возможно участие небольшого числа дисульфидных связей.
3. В полипептидной цепи могут быть обнаружены разнообразные комбинации аминокислот; в полипептидах относительно редки повторяющиеся последовательности.
4. В некоторых ферментах, обладающих близкими каталитическими свойствами, встречаются идентичные пептидные структуры, содержащие неизменные (инвариантные) участки и вариабельные последовательности аминокислот, особенно в областях их активных центров. Этот принцип структурного подобия наиболее типичен для ряда протеолитических ферментов: трипсина, химотрипсина и др.
5. В первичной структуре полипептидной цепи детерминированы вторичная, третичная и четвертичная структуры белковой молекулы, определяющие ее общую пространственную конформацию.
Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать |
||
| 57782. | Похідна та її застосування | 76 KB |
| Мета проекту: показати широке застосування похідної; довести що похідна засіб дослідження процесів дійсності і сучасного виробництва; розвивати вміння досліджувати систематизувати вивчені факти… | ||
| 57783. | Применение производной к исследованию функции | 1.89 MB |
| Цели урока: сформировать навыки исследования и построения графиков функции с помощью производной. Учитель записывает на доске а ученики в тетради: Применение производной при исследовании функции. | ||
| 57784. | Похідна та її застосування | 89 KB |
| Мета: Узагальнення та систематизація знань, вмінь та навичок учнів з теми; формування вмінь працювати самостійно, спілкуватись, допомагати іншим, аналізувати ситуацію; розвиток загально навчальних навичок, творчого… | ||
| 57785. | Застосування похідної в різних галузях науки | 1.1 MB |
| Мета: Навчальна: дати учням всебічні поглиблені і розширені знання про предмет вивчення його цілісну картину досягти засвоєння учнями систематичних знань про поняття похідної її геометричний та фізичний зміст. | ||
| 57786. | Польща в 20-х роках ХХ століття | 76.5 KB |
| Мета уроку: охарактеризувати процес відновлення державної незалежності Польщі; розкрити роль Ю. Очікуванні результати: Після уроку учні зможуть: пояснювати обставини за яких відбулося відновлення Польщі… | ||
| 57787. | Пошук інформації в Інтернеті | 113 KB |
| Мета: розглянути пошукові системи мережі Інтернет правила пошуку інформації в глобальній мережі Інтернет сформувати вміння пошуку необхідної інформації розвивати навички роботи у мережі виховувати інформаційну культуру учнів. | ||
| 57788. | Права ребенка, согласно с международным законодательством | 58 KB |
| В представленной методической разработке предполагается закрепить знания учащихся о правах детей полученных на уроках правоведения из СМИ; сформировать правовую позицию по проблеме прав ребенка… | ||
| 57789. | Правопис не з іменниками | 52 KB |
| Мета уроку: з’ясувати правила написання не з іменниками; виробляти вміння застосовувати правила на практиці, спираючись на смисловий аналіз слів; відпрацьовувати вміння робити синтаксичний та морфологічний розбори іменників… | ||
| 57790. | Арифметическая прогрессия | 384 KB |
| Развивающие цели: развитие исследовательских навыков учащихся, умений анализировать полученные данные и делать выводы; развитие умений осуществлять самопроверку и взаимопроверку, работу в группах… |
Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных)
Первичная структура белка — линейная последовательность аминокис-лотных остатков в полипептидной цепи.
Информация о первичной структуре каждого белка закодирована в ДНК.
Аминокислотная последовательность белков определяет его пространст-венную структуру (конформацию) и специфическую биологическую функцию.
В организме человека более 50000 белков, каждый из них имеет уникаль-ную для данного белка первичную структуру.
Все молекулы индивидуального белка имеют одинаковое чередование аминокислотных остатков, отличающий данный белок от любого другого белка. Замена даже одной аминокислоты часто приводит к утрате биологической активности белка.
В гемоглобине замена глутамата (глутаминовой кислоты) в положении 6 бэта-цепи на валин вызывает серпо-видно-клеточную анемию.
Семейства белков.
Белки, имеющие гомологичные участки полипептидной цепи, сходную пространственную структуру (конформацию) и выполняющие в пределах одно-го вида одинаковые функции, образуют семейство белков.
Как правило, они возникают в ходе эволюции в пределах одного биологи-ческого вида путем замены одних аминокислот на другие, близкие им по физи-ко-химическим свойствам.
Примерами белковых семейств являются: семейство миоглобина, куда включены кроме самого миоглобина, и все виды гемоглобина; семейство имму-ноглобулинов, семейство Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов, се-мейство белков главного комплекса гистосовместимости, семейство сериновых протеаз, отличительная особенность которых заключается в обязательном при-сутствии в активном центре аминокислоты — серина.
Основной белок плазмы крови — альбумин образует семейство с альфа-фетопротеином, одним из белков фетально-плацентарного комплекса, с которым он имеет 70% гомологию пер-вичной структуры.
Белки, выполняющие у разных видов одинаковые функции, называют-ся гомологичными.
Их существование подтверждает общее эволюционное происхождение видов. Они характеризуются:
— одинаковой или незначительно отличающейся массой;
— различия в аминокислотном составе не затрагивают активного центра или участков, отвечающих за формирование конформации;
Инсулин разных организмов — основной регулятор углеводного обмена у животных и человека, имеет значительное сходство первичной структуры.
Бы-чий инсулин отличается от инсулина человека по трем аминокислотным остат-кам, а инсулин свиньи отличается только на одну аминокислоту.
Конформацпя пептидных цепей в белках (вторичная и третичная структуры).
Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи, дисульфидные связи. Доменная структура и ее роль в функционировании белков.
Конформация пептидных цепей в белках (вторичная и третичная структу-ры)
Конформацией белковых цепей называется определенная пространствен-ная структура, образованная за счет внутримолекулярных взаимодействий.
Два основных типа конформации белков — вторичная и третичная структуры. Вторичная структура белков — пространственная структура полипептидной цепи, обусловленная водородными связями, образованными функциональными группами пептидного остова.
Во вторичной структуре белков присутствуют участки с регулярной и нерегулярной структурой. Участки с регулярной струк-турой представлены стабильными структурами двух типов: альфа-спиральными и бэта-складчадчатыми:
альфа-спиральные структуры — наиболее распространенный элемент вторич-ной структуры белков.
Пептидная цепь образует спираль, на каждый виток ко-торой приходится 3,6 аминокислотных остатка. В спиральных участках водо-родные связи возникают между >С=0 и >NH группами пептидных связей через 4 аминокислотных остатка. Ориентированы эти связи вдоль оси спирали.
Боковые цепи аминокислотных остатков локализованы на периферии спи-рали и не участвуют в формировании водородных связей, стабилизирующих а-спираль. Однако радикалы некоторых аминокислот препятствуют формирова-нию альфа-спирали в случае, если рядом расположены несколько одинаково заря-женных радикалов, (возникает электростатическое отталкивание) или близко расположены объемные радикалы, например триптофан и метионин (механиче-ское нарушение альфа-спирали).
Пролин, в котором отсутствует атом водорода у атома азота, образующего пептидную связь, не может формировать водородную связь с соответствующей карбоксильной группой, и альфа-спираль нарушается. В участке, где находится пролин, полипептидная цепь образует петлю или изгиб.
Бэта-складчатые структуры стабилизированы множеством водородных свя-зей между атомами пептидных групп линейных участков одной полипептидной цепи (внутрицепочечные связи) или разных полипептидных цепей (межцепо-чечные связи).
Водородные связи расположены перпендикулярно полипептид-ной цепи. Если цепи ориентированы в одном направлении, образуется парал-лельный Р-складчатый слой, а если цепи ориентированы в противоположных направлениях, то — антипараллельный бэта-складчатый слой. Радикалы аминокис-лотных остатков ориентированы почти перпендикулярно плоскости бэта-слоя.
Кроме регулярных структур, в белках существуют области с нерегулярной вторичной структурой, называемые беспорядочными клубками (этим терми-ном часто называют и денатурированный белок).
Они не имеют регулярной пространственной укладки, как у альфа-спирали и бэта-складчатой структуры, хотя об-разуют характерную для каждого белка конформацию, состоящую из петлеоб-разных и кольцеобразных структур. В молекуле белка, состоящего из ряда спи-ральных и складчатых участков, обязательно встречаются участки с нерегуляр-ной структурой. Они включают в себя от 3 до 10-15 аминокислотных остатков. Значение этих участков состоит в компактизации белковой молекулы. Обнару-жено, что участки поворота р-складчатой структуры включают в себя конфигу-рации аминокислот Пролин-Глицин-Пролин.
Третичная структура белка — это трехмерная конформация белка, образую-щаяся в результате взаимодействия между радикалами аминокислот, которые могут находиться в пептидной цепи на любом расстоянии друг от друга.
Функ-ционально активную конформацию называют нативной структурой белка.
Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи. В образовании третичной структуры участвуют:
— гидрофобные взаимодействия, т.е. слабые взаимодействия между непо-лярными радикалами, которые приводят к тому, что гидрофобные радикалы аминокислот оказываются внутри глобулярной структуры белка, образовав гид-рофобное ядро,
— ионные и водородные связи между гидрофильными группами радикалов аминокислот, оказавшихся внутри гидрофобного ядра.
Ионные и водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия относятся к числу слабых, их энер-гия не намного превышает энергию теплового движения молекул при комнат-ной температуре.
— ковалентные дисульфидные связи -S-S- между цистеиновыми остатка-ми, находящимися в разных местах полипептидной цепи.
Наличие дисульфидных связей характерно для секретируемых клеткой белков (инсулин, иммуног-лобулины).
Домены — независимые, компактно свернутые фрагменты полипептидной цепи, отвечающие за определенный биологический эффект. Они имеют само-стоятельную третичную структуру, аналогичную глобулярным белкам.
В структуре мембранного рецептора выделяют три домена:
1 — внеклеточный (состоит из спи-ральных и складчатых участков);
2 — мембранный, альфа-спиральный уча-сток состоящий из гидрофобных аминокислот (якорный участок);
3 — внутриклеточный, для взаимодей-ствия с внутриклеточным ферментом.
Особенностью доменной организации белка является относительная неза-висимость доменов, т.е.
возможность их автономного функционирования. Так, например, внеклеточный домен мембранного рецептора, будучи отделен от мембранного альфа-спирального участка, продолжает связывать молекулы гормона. Выделенный якорный участок мембранного рецептора способен спонтанно встраиваться в клеточную мембрану, а изолированный внутриклеточный домен мембранного рецептора способен взаимодействовать с внутриклеточным фер-ментом (например, аденилатциклазой).
(Так, например у гексокиназы один домен связан с глюкозой, другой с АТФ, сближение доменов способствует сближению АТФ и глюкозы и соответственно ускоряет перенос фосфатной группы)
Гексокиназа катализирует фосфорилирование глюкозы.
Активный центр находится в складке между двумя доменами. При связывании гексокиназы с глюкозой домены смыкаются, и субстрат оказывается в "ловушке", где подвер-гается фосфорилированию.
Предыдущая12345678910111213141516Следующая
КОНФИГУРАЦИЯ И КОНФОРМАЦИЯ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
Из всего сказанного можно заключить, что пространственная организация белков очень сложна.
В химии существует понятие — пространственная КОНФИГУРАЦИЯ — жестко закрепленное ковалентными связями пространственное взаимное расположение частей молекулы (например: принадлежность к L-ряду стереоизомеров или к D-ряду).
Для белков также используется понятие КОНФОРМАЦИЯ белковой молекулы — определенное, но не застывшее, не неизменное взаимное расположение частей молекулы .
Так как конформация белковой молекулы формируется при участии слабых типов связей, то она является подвижной (способной к изменениям), и белок может изменять свою структуру. В зависимости от условий внешней среды молекула может существовать в разных конформационных состояниях, которые легко переходят друг в друга. Энергетически выгодными для реальных условий являются только одно или несколько конформационных состояний, между которыми существует равновесие.
Переходы из одного конформационного состояния в другое обеспечивают функционирование белковой молекулы. Это обратимые конформационные изменения (встречаются в организме, например, при проведении нервного импульса, при переносе кислорода гемоглобином). При изменении конформации часть слабых связей разрушается, и образуются новые связи слабого типа.
ЛИГАНДЫ
Взаимодействие белка с каким-нибудь веществом иногда приводит к связыванию молекулы этого вещества молекулой белка.
Этот явление известно как «сорбция» (связывание) . Обратный же процесс — освобождение другой молекулы от белковой называется «десорбция» .
Если для какой-нибудь пары молекул процесс сорбции преобладает над десорбцией, то это уже специфическая сорбция, а вещество, которое сорбируется, называется «лиганд» .
Виды лигандов:
1) Лиганд белка-фермента – субстрат.
2) Лиганд траспортного белка – транспортируемое вещество.
3) Лиганд антитела (иммуноглобулина) – антиген.
4) Лиганд рецептора гормона или нейромедиатора – гормон или нейромедиатор.
Белок может изменять свою конформацию не только при взаимодействии с лигандом, но и в результате любого химического взаимодействия.
Примером такого взаимодействия может служить присоединение остатка фосфорной кислоты.
В природных условиях белки имеют несколько термодинамически выгодных конформационных состояний.
Это нативные состояния (природные). Natura (лат.) – природа.
НАТИВНОСТЬ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
НАТИВНОСТЬ — это уникальный комплекс физических, физико-химических, химических и биологических свойств белковой молекулы, который принадлежит ей, когда молекула белка находится в естественном, природном (нативном) состоянии.
Например: белок хрусталика глаза — кристаллин — обладает высокой прозрачностью только в нативном состоянии).
ДЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКА
Для обозначения процесса, при котором нативные свойства белка теряются, используют термин ДЕНАТУРАЦИЯ.
ДЕНАТУРАЦИЯ — это лишение белка его природных, нативных свойств, сопровождающееся разрушением четвертичной (если она была), третичной, а иногда и вторичной структуры белковой молекулы, которое возникает при разрушении дисульфидных и слабых типов связей, участвующих в образовании этих структур. Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными связями.
Разрушение первичной структуры может произойти только в результате гидролиза белковой молекулы длительным кипячением в растворе кислоты или щелочи.
ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕНАТУРАЦИЮ БЕЛКОВ
Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на физические и химические .
Физические факторы
1. Высокие температуры. Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию.
Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500С. Такие белки называют термолабильными . Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными .
2. Ультрафиолетовое облучение
3. Рентгеновское и радиоактивное облучение
4. Ультразвук
5. Механическое воздействие (например, вибрация).
Химические факторы
1. Концентрированные кислоты и щелочи.
Например, трихлоруксусная кислота (органическая), азотная кислота (неорганическая).
2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4).
3. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон)
4. Растительные алкалоиды.
5. Мочевина в высоких концентрациях
Другие вещества, способные нарушать слабые типы связей в молекулах белков.
Воздействие факторами денатурации применяют для стерилизации оборудования и инструментов, а также как антисептики.
Обратимость денатурации
В пробирке (in vitro) чаще всего это – необратимый процесс.
Если же денатурированный белок поместить в условия, близкие к нативным, то он может ренатурировать, но очень медленно, и такое явление характерно не для всех белков.
In vivo, в организме, возможна быстрая ренатурация. Это связано с выработкой в живом организме специфических белков, которые «узнают» структуру денатурированного белка, присоединяются к нему с помощью слабых типов связи и создают оптимальные условия для ренатурации.
Такие специфические белки известны как «белки теплового шока » или «белки стресса ».
Белки стресса
Существует несколько семейств этих белков, они отличаются по молекулярной массе.
Например, известен белок hsp 70 – heatshock protein массой 70 kDa.
Такие белки есть во всех клетках организма.
Они выполняют также функцию траспорта полипептидных цепей через биологические мембраны и участвуют в формировании третичной и четвертичной структур белковых молекул. Перечисленные функции белков стресса называются шаперонными .
При различных видах стресса происходит индукция синтеза таких белков: при перегреве организма (40-440С), при вирусных заболеваниях, отравлениях солями тяжелых металлов, этанолом и др.
В организме южных народов установлено повышенное содержание белков стресса, по сравнению с северной расой.
Молекула белка теплового шока состоит из двух компактных глобул, соединенных свободной цепью:
Разные белки теплового шока имеют общий план построения.
Разные белки с различными функциями могут содержать одинаковые домены. Например, различные кальций-связывающие белки имеют одинаковый для всех них домен, отвечающий за связывание Ca+2.
Роль доменной структуры заключается в том, что она предоставляет белку большие возможности для выполнения своей функции благодаря перемещениям одного домена по отношению к другому. Участки соединения двух доменов – самое слабое в структурном отношении место в молекуле таких белков.
Именно здесь чаще всего происходит гидролиз связей, и белок разрушается.