Лекция: Белки: структура и функции. Белки играют центральную роль в построении живой материи и осуществлении процессов жизнедеятельности. | Белки-строение и функционирование живой материи. (protos-греч. первый, важнейший) “Жизнь-способ существования белковых тел”. . . Ф. Энгельс. | содержание белков в сухом веществе 40 -50% | в сыром - до 25% Особенности белковых молекул 1. Неисчерпаемое разнобразие структуры при строгой ее специфичности у индивидуальных белков. 2. Способность к внутримолекулярными взаимодействиями. 3. Белки, вступая во взаимодествие с другими белками, нуклеиновыми кислотами, полисахаридами, липидами, образуют надмолекулярные комплексы-основу субклеточных структур. 4. Изменяют структуру под влиянием внешних воздействий и восстанавливают ее при их устранении. 5. Обладают уникальной способностью ускорять химические реакции т. е. осуществляют каталитическую функцию.
Биологические функции белков. 1. Пластическая, структурная. 2. Регуляторная: а) ферменты - регуляторы химических реакций. б) гормоны - белковой природы- регуляторы обмена веществ. в) специфические белки-регуляторы (тропонин) 3. Транспортная (Hb, белки сыворотки крови) 4. Защитная (Ig) 5. Обеспечение видовой и индивидуальной специфичности (белки, определяющие группу крови) 6. Другие специфические функции: -опорно-механическая (коллаген) -сократительная (актин, миозин) -рецепторная (белки рецепторов) -генно-регуляторная (гистоны) -токсикогенная (ботулинус) -белки памяти -белки вкуса 7. резервная 8. энергетическая | Только детально изучив строение белков и их свойства можно понять как | перечисленные особенности белков, так и их функции.
Белки-высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения, состоящие из аминокислот, соединенных пептидной связью и имеющие сложную структурную организацию. Элементарный состав белков: (% от сухой массы) С - 50 -55% О - 21 -24% N - 15 -18% (в среднем 16%) Н - 6 -7% S - 0. 3 -2. 5% зола до 0. 5% (Fe, P, Mg. . . ) Pr содержание = 6. 25 белка (г) * содержание белкового азота (г) метод 100 г белка - 16 г N 100*1 = 6. 25 Кьельдаля X - 1 г 16
Структурная единица белка - аминокислоты Белок гидролиз (кислотный) (щелочной) (ферментативный) смесь аминокислот Свойства аминокислот (АК) 1. Все протеиногенные АК - a производные карбоновых кислот: a H 2 N-CH-COOH | R 2. Все АК, кроме глицина имеют ассиметрический атом. 3. Оптически активны: левоврвщающие (-) и правоврвщающие (+). 4. Все протеногенные АК относятся к L ряду. 5. Характеризуются амфотерностью. 6. Каждая АК наряду с общими свойствами обладает рядом специфических. 7. Основной метод обнаружения АК в гидрализатах - ионная хроматография (в белках-цветные реакции Милона, Сакагуши. . . )
Классификация АК химическая N 2: циклические ациклические H 2 N-CH 2 -COOH аминоуксусная глицин (гли) гомоциклические гетероциклические тривиальные названия химическая N 2: по числу NH 2 и COOH: 1. моноаминомонокарбоновые 2. моноаминодикарбоновые 3. диаминомонокарбоновые по полярности радикалов Биологическая заменимые (способны синтезироваться) незаменимые (источник-пища)
Структура белковых молекул Пептидная теория - Э. Фишер 1902 г. идея -CO-NH- - Данилевского А. Я. (теория элементарных рядов) Белки - гигантские полипептиды ( десятки, сотни АК, соединенных пептидной связью ) Пептидная группа Особености пептидной связи 1. По прочности занимает промежуточное положение между простой и двойной 2. Планарность - все атомы пептидной группы находятся в одной плоскости 3. Транс - положение заместителей по отношению к - С - N - связи 4. Способность образовывать водородные связи, причем каждая пептидная связь образует две водородные связи (кроме пролина)
Доказательства наличия пептидной связи. 1. В природных белках мало свободных СООН и NН 2 групп. 2. В процессе гидролиза белка образуется стехиометрическое количество свободных СООН и NН 2 групп. 3. Работа пептидаз и протеаз, специфически расщепляющих петидную связь. 4. Рентгеноструктурный анализ. 5. Химический синтез полипептидов и белков известного строения. 6. Биуретовая реакция: + Na. OH Cu. SO 4 мочевина розовая фиолетовая окраска биурет | Биуретовая реакция - качественная и количественная реакция на | пептидную связь.
Уровни организации белковой молекулы. К. Линдерстрем - Ланг (1952 г) | Под первичной структурой подразумевают строго определенную | последовательность расположения АК в одной или нескольких | полипетидных цепях, составляющих молекулу белка. Основной тип связи первичной структуры - ковалентная пептидная Первичная структура: a) Уникальна для каждого белка б) Генетически детерменирована кодом ДНК в) Это основа, именно она определяет все последующие структуры, биологические и физико - химические свойства белков г) В ее основе чередуются жесткие структуры (плоские поли пептидные участки) с относительно подвижными участками (-CHR-), которые способны вращаться вокруг оси
Вторичная структура | | Вторичная структура - конфигурация полипептидной цепи, способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру благодаря образованию водородных связей между пептидными группами одной полипептидной цепи или смежными. основная связь - водородная межпептидная По конфигурации вторичная структура спиральная (альфа-спираль право и левовращающие) слоисто-складчатая (бета-структура. кросс-бета-форма)
Особенности альфа-спирали: 1. Имеет винтовую симметрию 2. Образование водородной связи между пептидными группами 1 -4, 2 -5, 3 -6 3. Регулярность витков спирали 4. Равнозначность всех остатков АК, независимо от строения боковых радикалов 5. Боковые спирали в образовании спирали не участвуют
b - структура - разновидность вторичной структуры, которая имеет слабо изогнутую конфигурацию полипептидной цепии и формируется за счет межпептидных водородных связей в пределах отдельных участков одной полипептидной цепи или смежных цепей.
Надвторичная структура - закономерное возникновение в процессе свертывания полипептидной цепи элементарных структур, сруктур, представленных -слоями ( - ’ структура), сочетанием а-спиральных участков (а-а’ структура) и тех и других одновременно раскрученная цепь , временно образованная а-спираль аа’ a стабилизированные а-спирали a-a’ единица скручивания , греческий орнамент
Соотношение альфа-спиралей и бета-структур в белках Парамиозин Химотрипсин Рибонуклеаза Инсулин 100% ---14% 45% 26% 35% 52% 6% Третичная структура - способ укладки полипептидной цепи в пространстве - уникальна для каждого белка - формируется путем самоорганизации и в энергетически более выгодную форму сразу по завершении синтеза белка - формируется за счет связей между радикалами АК т. е. предопределена первичной структурой Связи между радикалами АК, в основном - слабые: - водородные - ионные - неполярные (Ван дер Вальса) Под доменом подразумевают обособленную часть молекулы белка, обладающую в определенной степени структурной и функциональной автономией Функциональные центры молекулы белка: - Активный центр - Аллостерический центр - Центры химической модификации (ацетатной, метильной , фосфатной. . . )
Четвертичная структура - олигомерное объединение субъединиц-протомеров в единую структуру, проявляющую характерные для данного белка биологические и физико-химические свойства связи - между радикалами субъединиц (в основном полярные): -ионные -водородные -дисульфидные | В основе субъединицы лежит | полипептидная цепь, имеющая | первичную, вторичную и третичные | структуры Обратимая диссоциация молекулы гемоглобина: + мочевина Гемоглобин Биологический уровень - способность образовывать надмолекулярные структуры (рибосомы, рецепторы. . . )
Расшифровка структур белковой молекулы | Изучение структуры белковой молекулы-основная задача | биохимии белка и необходимо для выяснения: 1. Молекулярной основы биологической активности белка; 2. Принципов, на основе которых из полипептидных цепей формируются высокоспецифичные трехмерные формы; 3. Последовательность АК - связующюе звено между генетической информацией, заложенной в ДНК и трехмерной структурой, лежащей в основе биологической активности; 4. Молекулярной патологии изменения в последовательности АК -- > нарушение функционирования белков -- > болезнь; 5. Путей эволюции; 6. Искусственного синтеза белков;
Методы изучения структур белка Первичная структура: 1. определение АК состава а) полный гидролиз б) ионнообменная хроматография - аминокислотный анализатор 2. идентификация концевых АК N-концевой АК а) метод Сэнгера (2, 4 ДНБФ) б) метод Эдмана (секвенация) в) обработка аминопептидазами С-концевой АК а) метод Акабори (Н 2 N - NН 2) б) обработка карбоксипептидазами 3. определение последовательности АК а) расщепление на пептиды б) установление последовательности АК в пептидах (N и С концевые АК, секвенация) в) сопоставление последовательности АК в перекрывающихся пептидах Вторичная структура- спектрополяметрия, УФ-спектрофотометрия, методы изотопного анализа, ИК- спектроскопия Третичная структура - электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ Четвертичная структура- электрофорез, электронная микроскопия рентгеноструктурный анализ
Определение N-концевых АК 1. Метод Сенжера--> (2, 4 -ДНБФ)
2. Деградация по Эдману (секвенация) --> 3. Аминопептидазы
Определение С-концевых АК 1. Карбоксипептидаза 2. Метод Акабори (H 2 N-NH 2 гидразин) : H 2 N-CH-CO [-NH-CH-CO]n-NH-CH-COOH + (n+1) H 2 N-NH 2 | | | R Ry Rn C-конц. АК (n+1) H 2 N-CH-CO + H 2 N-CH-COOH | | | Rx NH-NH 2 Rn С-концевая АК
Метод перекрывающихся пептидов Бел осно осн ок бе жиз жи ова лок ни ва вал --- сер --- тре --- глю --- мет --- гли --- цис --- лей --- гис вал --- сер --- тре А глю --- мет --- гли В цис --- лей --- гис С вал --- сер --- тре --- глю А’ мет --- гли --- цис В’ лей --- цис С’
Скачать презентацию Лекция Белки структура и функции Белки играют центральную
Структура и функции белков.ppt