Введение. Предмет и задачи биохимии. Белки. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Цели и задачи биологической химии. Белки. Биологические функции. Химический состав белков. Конформация белков. Фолдинг. Шапероны. Физико-химические свойства. Классификация. Методы разделения белков.
Цели и задачи биохимии Биохимия – дословно «химия жизни» Цель: изучение химических ( т. е. молекулярных) основ функционирования организма (т. е. основ жизнедеятельности). Термин «биохимия» введен Карлом Нейбергом в 1903 г. Задачи: 1. 2. 3. Изучение структуры биомолекул и биоактивных веществ во взаимосвязи с функциями. Изучение механизмов поступления веществ в клетки. Изучение механизмов превращения биомолекул в клетках, механизмов высвобождения и использования энергии, регуляция этих превращений, т. е. метаболизм
Применение знаний биохимии в медицине: • 1. Решение проблем сохранения здоровья, в том числе проблем рационального питания; профилактики заболеваний, в том числе стоматологических. • 2. Выяснение причин различных заболеваний и изыскание путей их эффективного лечения. (Диагностика и контроль за лечением) При этом стоматолог всегда должен учитывать взаимосвязь химических (метаболических) процессов , происходящих в организме, и состоянием тканей и секретов ротовой полости.
Белки. Строение, свойства, функции • Белки (синоним: протеины; от греч. protos-первый) • Белки-высокомолекулярные азотсодержащие биополимеры или сополимеры, имеющие трехмерную пространственную конфигурацию, состоящие из мономеров - альфа-аминокислот, соединенных в неразветвленную полимерную полипептидную цепь ковалентными пептидными связями.
1. Белки. Функции. В организме человека содержится свыше 50000 индивидуальных белков, выполняющих жизненноважные функции. Функции: Специфические ( характерны только белкам, благодаря их уникальной пространственной конфигурации) - каталитическая, транспортная, рецепторная, иммунной защиты, механохимическая, защита от кровопотери. Неспецифические – пластическая, энергетическая, регуляторная Белки выполняют специфические функции благодаря их уникальной пространственной (трехмерной) конфигурации
Белки. Химический состав. Мономер природного белка – альфа- аминокислоты. В составе белков человека – 20 протеиногенных ам-т. Классификация аминокислот: - по полярности радикала; - способности синтезироваться в организме – заменимые и незаменимые; незаменимые: валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. частично заменимые- гистидин, аргинин. условно заменимые – синтезируются из незаменимыхцистеин, тирозин.
Альфа-аминокислота- мономер природных белков Все α-аминокислоты различаются строением радикала. R - CН - СООН I NН 2 Химические группы радикалов обладают разными свойствами и определяют формирование соответствующей пространственной конформации полипептидной цепи. Гидрофобные группы – СН 3 метильная, циклические; Гидрофильные: ОН, СООН, NН 2, NН, SH, амидная – СО- NН 2
Пространственная структура (конформация) Все индивидуальные белки отличаются первичной структурой, конформацией, строением активного центра и функциями. Молекулы белка - трехмерны. Имеют три уровня организации: - первичная - полипептидная цепь, состоящая из аминокислот, последовательно связанных ковалентными пептидными связями - -СО-NН- ; аминокислотный состав и их последовательность обусловлена генетическим кодом. Каждый из индивидуальных белков имеет уникальную первичную структуру. Первичная структура обусловливает пространственную конформацию. - вторичная - ( пространственно упорядоченная спираль, обусловленная водородными связями между водородом и кислородом групп, обеспечивающих пептидные связи); Два вида структуры – альфа-спираль и бета-спираль. - третичная – (энергетически выгодная упорядоченная структура, обусловленная нековалентными связями между химическими группа радикалов- водородные, ионные, дисульфидные, гидрофобные взаимодействия. ). Третичная структура- обязательная для всех белков – энергетически выгодная глобула. По геометрической форме глобулы белки разделяют на глобулярные и фибриллярные. Большинство белков – глобулярные. Они имеют компактную структуру, в которой гидрофобные радикалы расположены внутри молекулы.
Пространственная структура (продолжение) • Четвертичная (олигомерные белки) - ассоциация нескольких (четное кол-во) протомеров с третичным уровнем (нековалентные связи). Характерна для белков с высокой биологической активностью, например - регуляторные ферменты, гемоглобин, иммуноглобулины.
Структура белка. Домены • Для высокомолекулярных белков в структуре характерно наличие доменов. • Домены- это участки полипептидной цепи, которые имеют независимо от других участков этой цепи конформацию глобулы (третичную структуру).
• • • Шапероны. Фолдинг – процесс формирования трехмерной структуры при участии белков шаперонов Шапероны (shaperon - с французского- няня)– специализированные внутриклеточные белки, ответственные за быстрое формирования правильной пространственной структуры белка. Шапероны также участвуют в защите клеточных белков от денатурирующих воздействий (температуры, гипоксии, инфекции, р. Н, тяжелых металлов). Их количество возрастает при повышении температуры, поэтому их также называют белками теплового шока. Болезни связанные с нарушением фолдинга – амилоидозы (например, амилоидоз- нервной тканиболезнь Альцгеймера). Амилоиды- нерастворимые субстанции белка в клетке ( в связи с их несформированой нативной пространственной структурой).
УЧАСТИЕ ШАПЕРОНОВ В ФОЛДИНГЕ БЕЛКОВ ШАПЕРОНЫ 60 БЕЛОК РИБОСОМА м. РНК синтезирован ный белок нативный белок ШАПЕРОНОВЫЙ КОМПЛЕКС проесь зд дит исхо ор б пере озв всех ых н мож рма о конф пока ций, дет у не б на е найд ная в нати тура к стру
Центр связывания (активный центр). Взаимодействие белка с лигандами • Для осуществления своих функции – напр. каталитической, транспортной, рецепторной, иммуноглобулины - белок связывается с другим веществом. Для этого в молекуле белка имеется центр связывания (активный центр)- совокупность чаще всего трех функциональных групп аминокислот. • Лиганд- это вещество, с которым взаимодействует белок для осуществления своих функций. • Лиганд присоединяется к центру связывания по принципу комплементарности. • Комплементарность – это пространственное и химическое сродство лиганда и активного центра
Физико-химические свойства белков. 1. Высокая молекулярная масса – варьирует в широких пределах, т. к. варьирует кол-во в молекуле аминокисл. остатков. Коротко цепочечные белки – называют пептидами (также обладающие широким спектром действия). Растворы белка обладают свойствами коллоидных растворов - осмотические свойства, высокая вязкость, малая скорость диффузии 2. Термостабильность и термолабильность. В основном белки термолабильные ( денатурируют)однако, есть очень малая группа термостабильных белков ( напр. белок слюны муцин) 3. Растворимость и заряд белков. Способность белка к растворению (гидратации) обусловлена наличием на поверхности белка гидрофильных –заряженных функциональных групп, способных удерживать диполи воды. Зависит и от М. М. Факторы устойчивости раствора белка- заряд и гидратная облочка.
Растворимость Факторы влияющие на растворимость: а. р. Н среды. Изменяя р. Н среды , меняется степень диссоциации функциональных групп аминокислот, а значит меняется величина заряда. В изоэлектрическом состоянии белок минимально гидратирован и выпадает в осадок. раств Изоэлектрическая точказначение рн среды, при которой белок находится в изоэлектрическом состоянии. иэт р. Н
Факторы, влияющие на растворимость • б. ионная сила ( концентрация ионов в растворе): Степень раствор. Ионн. сила Процесс осаждения белка под действием конц. солей щелочных металлов – высаливание- обусловлено разрушением гидратной оболочки. Многие белки осаждаются в узкой области концентрациях солей, что делает эту процедуру эффективным методом фракционирования.
Классификация. Существуют классификации по молекулярной массе, по выполняемым функциям, по локализации в клетке, по локализации в организме; по схожим участкам первичной структуры и родственным функциям (семейства белков, например, иммуноглобулины). Однако наиболее приняты следующие принципы классификации: Геометрическая форма белковой молекулы: - глобулярные; Фибриллярные - Глобулярные – белки, соотношение продольной и поперечной осей глобулы не превышает 1: 10; а чаще 1: 3; 1: 4. Большинство инд. белков глобулярные Имеют компактную структуру и хорошо растворимы в воде в зависимости от величины заряда; М. М. и ионной силы растворителя. (см. выше). Функции разнообразны. К ним относятся ферменты, транспортные белки крови, иммуноглобулины, факторы свертывания крови и др. Фибриллярные – белки имеют вытянутую нитевидную структуру, в которой соотношение осей более 1: 10 Нерастворимы. Коллаген, эластин, кератин структурные белки
Классификация (продолжение) Принцип классификации: Наличие простетической ( небелковой группы): простые белки – состоят только из альфа аминокислот; сложные белки – в состав молекулы входит небелковый компонент (простетическая группа). Присоединение небелкового компонента происходит или во время трансляции (котрансляционная модификация) или после завершения синтеза белка на рибосомах (посттрансляционная модификация). Белковая часть – апобелок (апопротеин)
Простые белки На основании условно выработанных критериев – м. м; ам. состав, растворимость, условиях осаждения – простые белки делят на следующие группы: Альбумины - локализованы в тканях и плазме крови, состоят из одной полипептидной цепи (3 уровень организации); небольшая м. м. (15 -70 тыс Да), кислые, сильно гидратированные – хорошо растворимы и осаждаются при насыщенных концентациях водоотнимающих веществ. Обуславливают осмотическое давление крови, универсальные транспортные белки. Синтезируются преимущественно в печени Глобулины – молекулярная масса в пределах 150 к. Да, слабокислые или нейтральные, специфические транспортные белки. Осаждаются при полунасыщении водоотнимающих средств. Среди них достаточно много сложных – (гликопротеионов). Гистоны- тканевые белки, небольшая молекулярная масса 11 -24 к. Да, щелочного характера (аргинин, лизин) Связаны с ДНК. Функции- структурная – связаны с ДНК и участвуют в стабилизации пространственной структуры ДНК, регуляторная – способны блокировать передачу генетической информации от ДНК на РНК. Протамины – низкомолекулярные м. м. -4 -12 к. Да, щелочные свойства (аргинин). Функция структурная- связываются с ДНК, делая ее молекулу компактной.
Простые белки ( продолжение) • Проламины и глютелины – растительные белки. Особенность – не растворяются в воде. Содержатся в клейковине пшеницы. В организме человека расщепляются , но у некоторых людей возможно недостаточность или отсутствие фермента, расщеплящего глютелины. Возникает заболевание целиакия – непереносимость растительных белов. Прионы - особый класс белков, обладающих инфекционными свойствами, Попадая в организм или спонтанно образуясь в организме, изменяют конформацию гомологичного ему нормального клеточного белка, превращая его в себе подобный. прионы- единственные инфекционные агенты, размножение которых идет без участия нуклеиновых кислот. Сопровождается разрушением головного мозга –губчатые энцефалопатии - прионовые болезни. Источник – мясо, костная мука животных.
Сложные белки (протеиды) Сложные белки в зависимости от химической природы небелкового компонента делят на следующие классы сложных белков: глико-, липо-, хромо-, нуклео-, фосфопротеины. Гликопротеины- простетическая группа -углеводы, связанные чаще всего с белком гликозидной связью. Белки плазмы крови - фибриноген, иммуноглобулины, муцины-белки слюны, некоторые ферменты и гормоны, коллаген, рецепторы клеток. Хромопротеины- простетическая группа разнонобразные окрашенные продукты, прежде всего гем и флавин ( производное витамина В 2). Гемоглобин, миоглобин, цитохромы; ферменты дегидрогеназы с коферментом ФАД.
Сложные белки (продолжение) Нуклеопротеиды. Небелковый компонент – ДНК, РНК. Связь между положительно заряженными аминокислотных остатков аргинина и лизина белка и отрицательными фосфатными группами нуклеиновых кислот. Знать формулы ДНК и РНК. Липопротеины – небелковый компонент - липиды. Наибольшее значение липопротеины – транспортные формы липидов в крови. ЛПНП, ЛПВП, ЛПОНП, ХМ. Фосфопротеиды – небелковый компонент фосфорная кислота. Фосфорилирование ( связь чаще с треонином и серином апобелка) белка внутриклеточных белков процесс обратимый. Процесс играет важную роль в регуляции биологической активности белков
Основные методы разделения и очистки белка. • Подготовить самостоятельно
Скачать презентацию Введение Предмет и задачи биохимии Белки 1 2
Лекция 1 белки для стоматологов..ppt