Белки. Строение, уровни структурной организации. Биологическая роль. Особенности состава, структуры фибриллярных и глобулярных белков

Белки: 20 мономен-х мол-л (ам. к-т) соед-ся не хаотично, а в строгой последовательности (соответствие с кодом белк-го синтеза).Белки представлены сложными полипептидами, в которых отдельные аминокислоты связаны друг с другом полипептидными связями, возникающими при взаимодействии карбоксил. Групп и аминных групп аминокислот.Н-связями). 3) Третичная стр-ра белка – пространственная ориентация полипептидной цепи в определенном объеме. Стабилизация за счет пепт-ых и дисульфидных связей и за счет нековал. св. (Н, межмол-е силы Вандер-Вальса, гидрофобные и др.). 4) Четвертичная стр-ра белка – способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой и разной первичной, вторичной и третичной структурой и формирование единого макромолекулярного образования в строении и функциональном отношении.Биологическая роль:

Особенности состава, структуры фибрил. и глобул. белков. Классификация белков по форме молекул на группы: глобулярные и фибриллярные.Глобулярные: белки, соотношение продольной и поперечной осей к-т не превышает 1:10, а чаще 1:3 или 1:4, т.е. белковая молекула имеет форму эллипса. Большинство индивидуальных белков человека относят к глобулярным белкам. Они имеют компактную структуру и многие из них, за счет удаления гидрофобных радикалов внутрь молекулы, хорошо растворимы в воде (ицоглобин, гемоглобин и т.д.).Фибриллярные: вытянутая, нитевидная структура, в которой соотношение продольных и поперечных осей составляют более 1:10. К фибриллярным белкам относят коллагены, эластин, кератин, выполняющие в организме человека структурную функцию, так же миозин – участ-ий в мышечном сокращении и фибрин – белок свертывающий системы крови.Коллаген: 3 полипептидные цепи, a-цепи по 1000 аминок-х остатков в каждой из 20a-цепей. Первичная структура необычна, т.к. каждая третья аминокислота – глицин, ¼ аминок-х остатков – пропин и 4 – гидроксипролин., около 11% аланин.

Полипептидная цепь коллагена – левозакрученная спиральная конформация, за счет пролина на 1 виток – 3 аминокислотных остатка, а не 3,6 – как у гобул. белков. Спираль стабилизирована не за счет водородных связей, а силами старического отталкивания пирролиновых колец в остатках пролина. Спираль более развернутая.

Эластин: более эластичен, кровеносные сосуды, легкие, связки и т.д.a кератин - a спираль (волосы).

 

5.Физико-химические свойства белков. Заряд, водная оболочка, денатурация белков, виды, факторы, вызывающие денатурацию белка. Понятие об электрофорезе и диализе. Индивидуальные белки различаются по своим физико-химическим св-м: форме молекул, молекул. массе, суммарному заряду мол-лы, соотношению полярных и неполярных групп на поверхности нативной молекулы белка, растворимости белка, а так же степени устойчивости к воздействию денатурирующих агентов.1) Различия белка по форме молекул: глобул-е и фибр-е. Глоб-е имеют более компактную структуру, их гидрофобные радикалы в большинстве своем спрятаны в гидрофобное ядро, и они значительно лучше растворимы в жидкостях организма, чем фибриллярные белки.2) Различия белка по молекулярной массе. Белки – высокомолекулярные соединения. Отличия по молекулярной массе от 6000 до 1000000 Д. и выше. Зависит от количества аминокислотных остатков в полипептидной цепи, а для олигомерных белков: - и от количества входящих в него протомеров (или субъед-ц).3) Суммарный заряд белка – белки содержат радикалы лизина, аргинина, гистндина, глутаминов и аспарагиновой к-т, содержат функциональные группы, способные к ионизации. И еще N и С – концы, также имеют a - амино и К- карбоксильные группы способные к ионизации. Степень ионизации зависит от рН среды. При рН = К все ионов. гр. – в иониз. состоянии. В кисл. ср. – подавл. диссоциации и уменьш. «-» заряда. В щелоч. – умен. «+» заряда.4) Соотношение полярных и неполярных групп на поверхности нативных молекул белка: на поверхности преобладают полярные радикалы, но соотношение полярных и неполярных различное.5) Растворимость белка. Зависит от формы, молекулярной массы, величины заряда, соотношения полярных и неполярных. Также зависит от растворителя. Денатурирующие агенты, присутствующие в растворе, так же снижают растворимость белков.Заряд: + и -, зависит от радикалов, ионизир. анионов, радикалов, от рН.Водная оболочка:

Денатурация белков: изменение общего плана уникальной структуры нативной молекулы белка, приводящие к потере характерных свойств (растворимости, электрофоретич. подвижности, биолог. нагрев. их растворов > 50-60 градусов).

Наиболее характерным признаком денатурации: редкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитич., т.е. ферментат., антиген. или гормональн.). При денатурации разрушаются в основном некова-е связи (водородные) и дисульфидные мостики и не затрагивают нептидные связи.

Ренатурация белка – полное восстановление исходной структуры и нативных свойств.

Электрофорез: метод основан на том, что при определенном значении рН и ионной силы р-ра белки двигаются в эл. поле со скоростью, пропорциональной их суммарному заряду. Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге, крахм-геле и т.д.Диализ: метод, используют для очистки белка от низкомолекулярных примесей. Используют полупроницаемую мембрану (целлофан). Через нее приникают низкомолекулярные в-ва, а белки нет.

Физико-химические свойства белка:

- высокая вязкость растворов

- незначительная диффузия

- способность к набуханию

- оптическая активность

- подвижность в электрическом поле

- низк. осмот. давление и высок. онкотич. давление

- способность к поглощению УФ-лучей при 280 нм

- молекулярная масса белка от 6000 до 1000000

 

6.Третичная и четвертичная структура белка. Особенности связей, понятие о субъединицах и доменах. Факторы, влияющие на структуру белка. Шопероны и белки теплового шока. Третичная структура белка: трехмерная пространственная структура, образующаяся за счет взаимодействия между радикалами аминокислот. Связи:

- гидрофобные взаимодействия (min свободной энергии) они стремятся к объединению внутри глобулярных структур растворимых в воде белков. Формируется гидроф-е ядро по действием гидроф-го взаимодействия. - ионные и водородные связи – с водой на поверхности белковой молекулы. Внутри гидрофобного ядра. Ионные (между -, или +). Водородные между гидроф. незаряж. - ковалентные связи: дисульфидные Если полипептидная цепь будет содержать более 200 аминокислот, как правило, ее пространственная структура, сформирована в виде 2 или более доменов.

Домен – участок полипептидной цепи, который в процессе формирования пространственной структуры приобрел независимо от других участков той же цепи конформацию глобулярного белка.

Четвертичная структура белка: Белки состоящие из 2 и более полипептидных цепей. После формирования трехмерной структуры каждой полипептидной цепи они объединяются с помощью таких же слабых взаимодействий, которые участвовали в образовании третичной структуры: гидрофобных, ионных, водородных. Количество и взаиморасположение полипептидных цепей в пространстве называют «четвертичной структурой». Отдельные полипептидные цепи в таком белке носят название протомеров или субъединиц. Белок содержащий несколько протомеров – олигомерный.

Шопероны и белки теплового шока.

 

7. Окисление и биологическое окисление. Основные источники энергии и пути их аэробного и анаэробного окисления. Аккумуляторы энергии. Роль митохондрий. Окисление – переход е с одной орбитали на другую, более отдаленную от ядра (горение).Биологическое окисление - переход е от Н орг-го соединения на мол. О₂ (совокупность р-й ок-я соответств. во всех живых клетках).Этапы: I превращение всех в Acetyl – CoA – энзим.II окисление энзима – ацетила, цикл трикарбоновых к-т сбор атомов Н. NaDH, FADH – витамины В2 активная форма.III так же в митохондриях дыхат-я цепочка.Аккумуляторы энергии:

Митохондрии: содержатся в цитоплазме клетки и представляют собой микроскопические палочковидные или иной формы образования (количество их сотни, тысячи). Внутреннее пространство митохондрий – непрерывная мембрана, внут-ее пространство – складки с матрик., который на 50% состоит из белка и имеет тонкую структуру.В митохондриях большое количество ферментов. Наружная мембрана митохондрии – перегородка, отделяющая рабочую часть от всего остального пространства клетки.

 

8. Дыхательная цепь. Основные ферментативные комплексы для транспорта протонов и е. Сопряжение и фосфолирования через протонный градиент. Дых-я цепь: Н от первичных доноров вводится в дых-е цепи с участием НАД и ФАД-зависимых дегидрогеназ. ФАД-зависимые дегидрогеназы переносят Н на убихинон (образуется убихинол gH₂), а НАД-зависимые дегидрогеназы на НАД (образуется НАД – Н). Далее НАД-Н водород передается тоже на убихинон: эту р-ю катализирует НАД-Н-дегидрогиназа.

Затем в дыхат-й цепи пути е и протонов расходятся. Перенос е осуществляется с помощью циторомов (гемопротеинов).

Атом Fe может менять валентность. Е последовательно переходят через атомы Fe цитохромов, а затем поступают на цитохром. Кислород поступает в митохондрии из крови, связывается с атомом Fe в геле цитохрома в форме молекулы О₂. Затем каждый из атомов молекулы О₂ последовательно присоединяют по 2 е и по 2 протона, превращаясь в молекулу (Н₂О).

В организме человека в результате тканевого дыхания образуется 300-400 мл Н₂О за сутки.В молекуле АДФ только 1 высокоэнергетическая связь, в результате синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования добавляется еще одна, т.е. энергия окисления субстрата трансформируется в энергию химических связей в молекуле АТФ. Главный путь синтеза АТФ из АДФ – окисление фосфорилирование.Энергетическое сопряжение р-й переноса Н и синтез АТФ происходит при участии митохондриальной

 

9. Дыхательная цепь. Транспорт протонов и электронов ферментативными комплексами дыхательной цепи. Механизм ок-го фосфорилирования.. Дых-я цепь: Н от первичных доноров вводится в дых-е цепи с участием НАД и ФАД-зависимых дегидрогеназ. ФАД-зависимые дегидрогеназы переносят Н на убихинон (образуется убихинол gH₂), а НАД-зависимые дегидрогеназы на НАД (образуется НАД – Н). Далее НАД-Н водород передается тоже на убихинон: эту р-ю катализирует НАД-Н-дегидрогиназа.Затем в дыхат-й цепи пути е и протонов расходятся. Перенос е осуществляется с помощью циторомов (гемопротеинов).Атом Fe может менять валентность. Е последовательно переходят через атомы Fe цитохромов, а затем поступают на цитохром. Кислород поступает в митохондрии из крови, связывается с атомом Fe в геле цитохрома в форме молекулы О₂. Затем каждый из атомов молекулы О₂ последовательно присоединяют по 2 е и по 2 протона, превращаясь в молекулу (Н₂О).В организме человека в результате тканевого дыхания образуется 300-400 мл Н₂О за сутки.В молекуле АДФ только 1 высокоэнергетическая связь, в результате синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования добавляется еще одна, т.е. энергия окисления субстрата трансформируется в энергию химических связей в молекуле АТФ. Главный путь синтеза АТФ из АДФ – окисление фосфорилирование.Энергетическое сопряжение р-й переноса Н и синтез АТФ происходит при участии митохондриальной мембраны и Н+ - АТФ синтетазы.Механизм ок-го фосфорилирования. Существует 3 гипотезы:I. Химическая гипотеза: энергия, выделяющаяся при переносе электронов по дых-й цепи, сначала используется для образования богатых энергией гипотетичесих соединений, а затем передается для синтеза АТФ и АДФ и неорганического фосфата. II. Механохимическая (конформационная) – взаимосвязь окисления и фосфорилирования обусловлена посредством конформационных изменений ферментов сопряжения. Энергия ок-я затрачивается на создание напряженной конформации фермента («сокращение» фермента). Последующее возвращение в исходную конформацию («расслабление») сопросождается использованием Е для синтеза высокоэнергетического соединения.

III. Химоосмотическая: дыхание и фосфолирование связаны между собой через электрохимический потенциал ионов водорода на митохондриальной мембране.

Предполагают, что тканевое дыхание заряжает митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование разряжает ее, используя энергию мембранных потенциала для синтеза АТФ.