Курс «Биологическая химия» Тема 1. БЕЛКИ Осташкова Валентина

Курс «Биологическая химия» Тема 1. БЕЛКИ Осташкова Валентина Викторовна, доцент, к.б.н., Зыкина Наталья Сергеевна, ст. преподаватель, к.б.н., Нижник Яков Петрович, доцент, к.б.н. кафедра молекулярной биологии, биологической и органической химии ПетрГУ [email protected] тел. 784697

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 2 ПЛАН ЛЕКЦИИ Введение; Функции белков; Аминокислотный состав белков; Строение белков: Первичная структура; Вторичная структура; Третичная структура; Четвертичная структура; Функционирование белка; Классификация; Физико-химические свойства; Заключение

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 3 КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕМЫ протеины; протеиды; простетическая группа; амидная связь; протомер; олигомер; домен; субъединица; α-спираль; β-складчатый листок; спираль коллагена; полиморфизм; активный центр; лиганд.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 4 ВВЕДЕНИЕ «…Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путём питания и выделения…» Ф. Энгельс, «Материалы к «Анти-Дюрингу» Белки - азотсодержащие биополимеры, состоящие из остатков аминокислот, соединенных между собой амидной (или пептидной) связью.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 5 ФУНКЦИИ БЕЛКОВ пластическая (или структурная); энергетическая; транспортная; регуляторная; каталитическая; защитная; дыхательная; сократительная; рецепторная.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 6 АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ В состав белков входят 20 аминокислот, которые называются стандартными, или протеиногенными; В 1820 г. была выделена первая аминокислота – глицин (из желатина), в 1938 г. – последняя из 20 – треонин.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ НЕПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ НЕПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ НЕПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ ПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ ПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ ПОЛЯРНЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 ФОРМУЛЫ ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ АМИНОКИСЛОТ

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 15 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ первичная структура ОПРЕДЕЛЕНИЕ: последовательность аминокислотных остатков в цепи; СВЯЗИ: пептидные (или амидные); ХАРАКТЕРИСТИКА: количество аминокислотных остатков в цепи; N-концевая и С-концевая аминокислоты. ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ: вторичную, третичную и четвертичную пространственную организацию белковой молекулы; свойства белка; функции. Первый белок с изученной первичной структурой - инсулин.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ первичная структура N-концевая аминокислота С-концевая аминокислота

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ инсулин Фредерик Сенгер (1918 г. р.)

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 18 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ вторичная структура ОПРЕДЕЛЕНИЕ: способ укладки цепи в виде спирали. СВЯЗИ: водородные связи (обозначаются тремя точками) образуются между атомом кислорода карбонильной группы и атомом азота иминогруппы в цепи; в 10 раз слабее ковалентных, но их большое количество обеспечивает стабильность вторичной структуры; дисульфидные связи выполняют стабилизирующую роль, образуются между остатками цистеина. ВИДЫ СПИРАЛЕЙ: 27, 310, 413 (или α-спираль), 516 и др. В природе наиболее распространены 2 вида конформаций – α-спираль и β-складчатый листок.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 19 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ α-спираль ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ: правозакрученная; диаметр – 0,5 нм; шаг спирали – 0,54 нм; количество аминокислотных остатков в витке – 3,6-3,7; угол наклона 26º; расположение водородных связей – внутри цепи, между витками (между 2- и 4-м аминокислотными остатками), параллельно оси цепи; расположение радикалов аминокислот – вне цепи, перпендикулярно оси; схематическое изображение – «цилиндр».

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 20 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ β-складчатый листок ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ: вытянутая спираль; диаметр – 0,2 нм проекция витка – 0,7 нм; количество аминокислотных остатков в витке – 2-2,3; количество цепей в листке – 3-7; расположение водородных связей – межцепочечное; схематическое изображение – «стрелка». Возможны 2 типа β-складчатой структуры: параллельная; антипараллельная.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 21 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ третичная структура ОПРЕДЕЛЕНИЕ: способ укладки цепи в пространстве в виде глобулы или фибриллы. СВЯЗИ: гидрофобные; ионные; водородные; дисульфидные. ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ: функционирование белка. Первый белок с изученной третичной структурой – миоглобин кашалота. В формировании третичной структуры принимают участие особые белки – шапероны.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 22 Шапероны (белки теплового шока, БТШ, hsp) ОПРЕДЕЛЕНИЕ: от франц. shaperon – пожилая дама, сопровождающая молодую девушку на бал. ФУНКЦИИ: защитная; регуляторная; фолдинг белка. КЛАССИФИКАЦИЯ (6 семейств): высокомолекулярные (100-110 кДа); hsp 90; hsp 70; hsp 60; hsp 40; низкомолекулярные (<30 кДа).

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 23 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ четвертичная структура ОПРЕДЕЛЕНИЕ: способ укладки нескольких цепей в пространстве в виде глобулы или фибриллы. СВЯЗИ: гидрофобные; ионные; водородные; дисульфидные. Протомер – одна полипептидная цепь. Олигомер – несколько полипептидных цепей, объединённых в молекулу. Субъединица – структурно и функционально обособленная часть олигомера. Первый белок с изученной четвертичной структурой – гемоглобин

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 24 СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ олигомер Вирус табачной мозаики – самый большой из известных олигомерных белков. Он состоит из 2130 одинаковых мономеров, расположенных вокруг РНК.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 25 Функционирование белка Функционирование обеспечивается третичной и четвертичной структурой белка. Взаимодействие с лигандом осуществляется через активный центр, в состав которого входит несколько аминокислотных остатков, расположенных в разных участках цепи. Взаимодействие лиганда с активным центром белка осуществляется по принципу комплементарности – пространственному и химическому соответствию. Для функционирования олигомеров характерны 2 особенности: кооперативность изменений конформации; регуляция активности белка аллостерическими эффекторами. Третичная и четвертичная структуры лабильны, при функционировании возможен взаимопереход Т- и R-состояний.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 26 КЛАССИФИКАЦИЯ Протеины: Альбумины; Глобулины; Гистоны; Протамины; Протеноиды; Глютелины; Проламины. Протеиды: Гликопротеины; Липопротеины; Нуклеопротеины; Фосфопротеины; Ферменты-протеиды Хромопротеины Не содержащие ионов металла; Металлсодержащие. Существует несколько видов классификаций (функциональная, по пищевой ценности, форме белковой молекулы, строению и др.). По строению белки подразделяются на протеины (простые) и протеиды (сложные) Протеиды состоят из белковой (апобелка) и небелковой части – простетической группы:

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 27 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ Для белков характерны: Высокая молекулярная масса; Заряд; Растворимость, растворы обладают: высоким онкотическим и низким осмотическим давлением; оптической активностью. Реакции осаждения; Цветные реакции; Белки не проходят через биомембраны.

13 декабря 2017 г. Осташкова В. В., Зыкина Н. С., Нижник Я. П., ПетрГУ, 2009 28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Белки – высокомолекулярные азотсодержащие биополимеры; Выполняют важные функции в клетке; Первичная структура определяет специфичность и пространственную структуру белков; Многообразие белков обусловлено генетически детерминированным разнообразием первичной структуры Первичная структура предопределяет пространственную организацию молекулы белка и его функции, изменение последовательности аминокислотных остатков в цепи приводит к утрате свойств и функционирования белков; Функционирование белка возможно лишь при сохранении третичной и четвертичной структуры белка.