Лекция по биологической химии


НазваниеЛекция по биологической химии
страница3/15
Дата публикации16.03.2013
Размер1.65 Mb.
ТипЛекция
userdocs.ru > Химия > Лекция
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

^ Третичная структура белков

Третичной структурой белков назвали расположение в пространстве всей полипептидной цепи, отдельные участки которой имеют свою локальную конформацию, то есть сохраняют спиральные или -структурные формы. Большая часть белков на уровне третичной структуры принимает глобулярную (шаровидную) форму. Это связано, в первую очередь, с тем, что многие неполярные группы радикалов аминокислот под влиянием полярного растворителя, воды, объединяются между собой в кластеры, исключающие воду. При этом они разрывают водородные связи между диполями воды, уменьшая энтропию, и сближаются на расстояния, доступные для электростатического взаимодействия между ними. Такое взаимодействие получило название "сил гидрофобного взаимодействия". Эти силы, требующие небольших усилий для разрыва, тем не менее приобретают важнейшее значение для стабилизации пространственной структуры белка. Аналогичным образом формируются липидные мицеллы. Поэтому при складывании полипептидной цепи гидрофобные радикалы оказываются внутри белковой молекулы, а гидрофильные - наружи, тем самым снижение энтропии становится минимальным.



Этапы пространственной укладки полипептидной цепи и приобретения ею третичной структуры

Важную роль в стабилизации третичной структуры белка играют водородные связи и ионное взаимодействие. Указанные силы успешно сочетают прочность структуры белка и ее довольно значительную подвижность, что чрезвычайно важно для выполнения функций. В ряде белков прочность структуры укрепляется дополнительно и ковалентными дисульфидными связями.



Связи, стабилизирующие третичную структуру белка. А. Ионная связь. Б. Водородная связь (три типа показаны). В. Гидрофобное взаимодействие (две формы - нижнее кластерного типа, а верхнее типа -связи). Г. Дисульфидная связь.

В фибриллярных (нитевидных) белках третичная структура формируется или путем многослойной укладки плоских -структур, или параллельной укладкой нескольких спиральных структур. В любом случае возникают ориентированные в длину волокнистые структуры. Такие волокна имеют высокую прочность. Примером такого белка может служить белок соединительной ткани - коллаген. Его молекула представляет своеобразную суперспираль, состоящую из 3-х спирально свернутых полипептидных цепей. Такие суперспирали, в свою очередь, укладываются в форме более толстых протофибрилл, объединяемых затем в коллагеновое волокно.

В заключение надо отметить, что для уникальному пространственному расположению атомов в молекуле белка (укладка полипептидной цепи в пространстве), которое "запрограммированно" самой аминокислотной последовательностью полипептидной цепи и поэтому образуется самопроизвольно, тем не менее нужны помощники. Эти помощники также являются белками и получили название "шапероны" (см.гл.10). Впервые они были открыты как "белки теплового шока" (hsp 60 и hsp 70). Их функция заключается в защите складывающейся полипептидной цепи от взаимодействия с другими многочисленными клеточными белками и, возможно, в ускорении этого процесса.

^ Четвертичная структура белков

Под четвертичной структурой понимают структуру белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей. Каждая из этих цепей имеет свою завершенную пространственную структуру и называется субъединицей белка с четвертичной структурой. Белок при таком объединении нескольких цепей приобретает новую функцию.



Уровни структурной организации белковой молекулы

Связи, которые имеются между субъединицами, как правило, нековалентные (силы гидрофобного взаимодействия, ионные, водородные), хотя в ряде белков (например, белки плазмы крови) субъединицы соединены ковалентными дисульфидными мостиками. Создание белков с четвертичной структурной организацией позволило Природе расширить свои возможности в области качественного разнообразия белков при незначительном увеличении количества генетического материала. Например, фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ), состоящий из 4-х субъединиц, формируется из 2-х генетически детерминированных полипептидных цепей H и M. Их разные комбинации (HHHH,HHHM,HHMM,HMMM,MMMM) позволяют существовать в организме 5 ферментам ЛДГ, катализирующих одинаковую реакцию в разных органах и тканях: ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4 и ЛДГ5. Такие белки с одинаковыми функциями, но отличающимися физико-химическими свойствами получили название изопротеинов (изоферментов).

Слабое взаимодействие между отдельными частями белкой молекулы дает ей некоторую свободу к изменениям пространственной структуры. Мы уже указывали, что расположение атомов или групп атомов молекулы органического вещества, обусловленное возможностями вращения их вокруг ковалентных связей, получило название конформации. Изменение конформации белковой молекулы лежит в основе ее биологической активности.

Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, которая называется протомером, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при объединении с другими протомерами. Образовавшуюся при этом молекулу называют мультимером. Мультимерные белки чаще всего построены из чётного числа протомеров. Функционально активная часть мультимера называется субъединицей.

В частности молекула белка глобина состоит из 2 и 2 субъедениц, каждая из которых состоит из двух одинаковых полипептидных цепей соответственно. То есть молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидных цепей, каждая из которых окружает группу гема.

При определённых условиях (в присутствии мочевины) или при сдвиге рН молекула гемоглобина обратимо диссоциируют на 2 и 2 полипептидных цепи. После удаления мочевины происходит автоматическая ассоциация исходной молекулы. Это возможно благодаря информации, заложенной в первичной структуре. То есть последовательность аминокислот содержит в себе информацию, которая реализуется на всех уровнях структурной организаци белка. Наиболее изученным мультемерным ферментом является ЛДГ, состоящий из 4-х субъединиц и может существовать в 5-ти формах (изоферменты).

^ ПЯТЫЙ УРОВЕНЬ организации представлен в виде ферментных комплексов, которые катализируют цепной и метаболический путь. Эти комплексы называются метаболонами, они чаще связаны с клеточными мембранами.

Стабильность четвертичной структуры обусловлена ковалентными связями между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по принципу комплементарности. Так, например, в гемоглобине каждая субъединица имеет 4 контактные поверхности для связывания с гемом, 3 – для связывания с другими протомерами.

В последние годы была сформулирована теория доменной структуры белка. Домен это функциональный модуль, рабочая поверхность отдельного белка. То есть белок – это полифункциональный модуль, состоящий из нескольких доменов. Было установлено, что белки выполняющие одну и ту же функцию, но выделенные из разных веществ, имеют сходное строение. Домены друг относительно друга могут смещаться благодаря “ гибкости” белковой молекулы. Смещение происходит под действием температуры, факторов внешней среды, фосфорилирования, метилирования, и это отражается на свойствах и функциях белка.

Уникальная пространственная структура каждой белковой молекулы и ее возможности в определенных пределах изменять эту структуру придают белкам способность выполнять многочисленные специфические функции. Главный принцип, лежащий в основе этой специфичности, это принцип комплементарности или пространственной дополнительности между определенным участком белковой молекулы (активным участком) и молекулой или участком молекулы (лигандом), с которой реагирует этот белок. Активные участки белковых молекул образуются на поверхности в "карманах", "расщелинах". При этом если для функции необходимы гидрофобные радикалы аминокислот, то они, упрятанные от воды в глубине белковой молекулы, становятся доступными благодаря изменению её конформации. В таком случае говорят о кооперативном эффекте, который образно можно представить на модели "рука - перчатка".

Лигандами могут быть самые разные по химической природе вещества: белки, углеводы, липиды, неорганические вещества и т.д. Примерами такого специфического белок-лиганд взаимодействия являются взаимодействие между ферментом и субстратом, антителом и антигеном, рецептором и гормоном и т.д.

Учитывая важность конформационных изменений для выполнения белками их функций, становится понятным, что в регуляции их функциональной активности важная роль отводится факторам, влияющим на конформацию белка. Такими факторами могут быть изменения pH, температуры, которые в равной мере влияют на все белки и могут быть названы неспецифическими факторами регуляции. С другой стороны, это могут быть специфически взаимодействующие с белками вещества и тогда говорят о специфических факторах регуляции. Последние создают неограниченные возможности в специфической регуляции процессами жизнедеятельности.

^ Для определения количества белков используют разные подходы

Для количественного анализа белков можно использовать определение белкового азота. Для этого пробу сжигают при высокой температуре в присутствии серной кислоты и перекиси водорода (окислитель). Происходит минерализация, при этом азот в форме аммиака связывается серной кислотой (сульфат аммония). Количество сульфата аммония определяют или с реактивом Несслера, или после перегонки аммиака титрометрически.

Значительно чаще для количественного определения используют цветные реакции (биуретовую или реакцию на фенольные группы Lowry). Биуретовая реакция основана на том, что в щелочной среде ионы меди реагируют с пептидными группировками, образуя комплексные соединения, окрашенные в фиолетовый цвет. Интенсивность окраски фотометрируется. Сочетание биуретовой реакции и реакции на фенольные группировки используется в методе Lowry.

Для количественного определения индивидуальных белков в сложных смесях белков большой популярностью пользуются иммунологические методы. При взаимодействии белка со специфической антисывороткой образуется мутный раствор. Интенсивность помутнения может быть измерена колориметрическими методами.


Заведующий кафедрой биологической химии, д.м.н., проф.

Грицук А. И.

___________

21.10.2006


Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра биологической химии
Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № _________________200__года

ЛЕКЦИЯ
по биологической химии

наименование дисциплины

для студентов _2__ курса лечебного факультета

Тема Ферменты-1. Строение и свойства.
Время 90 мин.
Учебные и воспитательные цели:

Дать представление:

  1. О строении, размерах и форме белковой молекулы, функциях белков.

  2. Понятия «денатурация»: причины и признаки, использование в медицине.

  3. Понятия «ферменты»: особенностях ферментативного катализа. О строении и структуре ферментов.

  4. О полиферментных комплексах, метаболонах.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990. С. 92–102; 1998. С. 114–143.

  2. Николаев А. Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989. С. 5–92.

Дополнительная

  1. Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 63–75.

  2. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1993. С. 93–99.

  3. Ленинджер А. Л. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 1. С. 226–302.

  4. Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия, М.: Медицина, 1991. С. 313–376.

  5. Албертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994. Т. 1. С. 113–171.


^ МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п

Перечень учебных вопросов

Количество выделяемого времени в минутах



Строение, размер и форма белковой молекулы, функции белков.

15



Денатурация, причины и признаки, использование в медицине.

15



Ферменты. Особенности ферментативного катализа. Строение и структура ферментов.

30



Полиферментные комплексы, метаболоны.

30

Всего 90 мин

  1. ^ Строение, размер и форма белковой молекулы, функции белков.

Белки классифицируются разными способами

Большое число белков и их многообразие требует создания классификации белков. К сожалению, обычные принципы классификации, используемые в химии не могут быть использованы в приложении к белкам. Чаще всего пользуются функциональной классификацией, разделяя их по выполняемым ими функциям (см выше). Можно разделить белки по степени сложности их молекул на простые и сложные. Простые построены только из аминокислот, а сложные содержат в своем составе дополнительные небелковые группы. Такие группы называют простетическими. По форме белковой молекулы белки делят на глобулярные (шаровидные) и фибриллярные (нитевидные). По растворимости в воде выделяют водорастворимые, солерастворимые, нерастворимые в воде. Последние характерны для биологических мембран.

^ Простые белки построены только из аминокислот

Водорастворимые представители простых белков обычно имеют глобулярную форму. Форма их описывается моделью "элипсоид вращения". Соотношение осей в таком элипсоиде может колебаться в широких пределах. Простые белки такого типа обычно находятся в биологических жидкостях, выполняют транспортные функции, являются ферментами и т.д. На основании различной растворимости простых белков в воде и солевых растворах различают альбумины и глобулины.

Глобулины при высаливании осаждаются при относительно низких концентрациях солей, а альбумины - при более высоких. Альбумины имеют более низкую молекулярную массу, глобулины более разнообразны, с широким пределом колебаний молекулярной массы - от нескольких десятков тысяч до миллионов. Альбумины выполняют, в основном, транспортную функцию, а у глобулинов более широкий спектр функций. Это и транспорт веществ, и катализ реакций (ферменты крови), и защитная функция (иммуноглобулины). В крови поддерживается постоянным отношение альбуминов к глобулинам (коэффициент равен 1.7-2.3).

Водонерастворимые простые белки имеют форму нитей. Их называют фибриллярными. Им присуща структурная функция. Они выделены из кожи, костей, сухожилий и других разновидностей соединительной ткани. Эта ткань образует каркас для всего организма и для отдельных органов. Типичным белком этого типа можно считать коллаген. Это один из самых распространенных белков в организме человека.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Лекция по биологической химии icon«Биологическая химия»
Предмет биологической химии, ее значение для биологии, медицины, ветеринарии, сельскохозяйственного производства, ветеринарной биотехнологии...
Лекция по биологической химии iconЛекция по биологической химии
Понятия «ферменты»: особенностях ферментативного катализа. О строении и структуре ферментов
Лекция по биологической химии iconБиохимия лабораторный практикум
Разработана: докт мед наук, профессор Т. П. Бондарь кафедры Физико-химические основы медицины, лабораторной диагностики и фармакологии;...
Лекция по биологической химии iconУчебно-методическое пособие к практическим занятиям по биологической химии
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов лечебного и медико-профиоактического факультетов медицинских вузов, выполняющих...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconЗанятие 1 Аминокислоты и белки
Предмет и задачи биологической и клинической химии. Понятие о биохимических реакциях
Лекция по биологической химии iconВопросы к экзамену по Биологической химии для студентов 2 курса медицинского...
Предмет, задачи, методы и место биохимии среди других медицинских и биологических дисциплин
Лекция по биологической химии iconМетодические указания по биоорганической химии для студентов к занятию...
Проекционные формулы Фишера. Относительная и абсолютная конфигурация. D и L система стереохимической номенклатуры
Лекция по биологической химии iconТезисы доклада
Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе VIII международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница