Введение в биохимию Аминокислотный состав белков Структура свойства

Введение в биохимию. Аминокислотный состав белков. Структура, свойства и классификация белков.

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. Предмет и задачи биохимии Уровни организации белковой молекулы Функции белков Физико-химические свойства белков Методы анализа белков

Задачи биохимии • • Изучение строения и функций биомолекул, входящих в состав тканей организма. Изучение механизмов поступления пластических и биологически активных веществ во внутреннюю среду организма. Изучение механизмов превращения поступивших мономеров в биополимеры, специфичные для данного организма. Изучение механизмов высвобождения, накопления и использования энергии в клетке. Изучение механизмов образования и выведения конечных продуктов распада веществ в организме. Изучение механизмов воспроизведения и передачи наследственных признаков организма. Изучение механизмов регуляции биохимических процессов в организме.

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ БИОХИМИИ

Ф. Энгельс

ПРОТЕИНОГЕННЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ

• Первичная структура последовательность аминокислотных остатков, связанные карбоксамидной пептидной связью между α-карбоксильной и α-аминогруппой. Первичная структура инсулина человека

Инсулин: вторичная структура • Вторичная структура- локальные высокоупорядоченные конформации белковой цепи – a-спирали и β-складчатые слои. • В молекуле инсулина участки, имеющие форму αспирали, составляют 57%, 6% приходится на βскладчатую структуру, 10% построено в виде β-петли, оставшиеся 27% не имеют упорядоченной структуры.

Наиболее распространенным элементом вторичной структуры является правая α-спираль (αR). Зеркально-симметричная относительно αR-спирали левая α-спираль (αL) встречается в природе крайне редко, хотя энергетически возможна . Остатки АК Первый Второй Третий Четвёртый a-спираль – 413 спираль: остаток АК образует водородную связь с четвёртым по цепи остатком АК; в образующемся цикле 13 атомов.

Структура b-складчатых слоев водородные связи Тре-Ала-Гли-Сер-Асп Вал-Фен-Тир-Ала-Лей

β-Петля • В тех участках, где пептидная цепь изгибается достаточно круто, часто находится β-петля. – Это короткий фрагмент, в котором 4 аминокислотных остатка расположены таким образом, что цепь делает реверсивный поворот (на 180 о). – Оба приведенных на схеме варианта петли (типы I и II) встречаются довольно часто. – Обе структуры стабилизированы водородным мостиком между 1 и 4 остатками.

Обозначение вторичной структуры Укладка a-спиралей и b-структуры с образованием глобулы

Инсулин. Третичная структура • Укладка нерегулярных областей и a и b-структур в глобулу определяет третичную структуру белка • Анализ третичной структуры инсулина показал, что в Α-цепи имеются два коротких участка, а в В-цепи — один длинный участок, построенные в виде αспирали. • Единственная структура типа складчатого листа образуется в димере инсулина.

Пространственное расположение полипептидной цепи, обусловленное взаимодействием между боковыми группами аминокислотных остатков за счёт: 1. Гидрофобных взаимодействий (они взаимодействиями не являются, но так называются) (Вал, Лей, Иле, Фен) 2. Ковалентных связей (дисульфидные –S–S– связи в цистине) 3. Ионных связей (Глу-COO- H 3 N+-Лиз) 4. Водородных связей Глу-COO-…HO-Тир) гидрофобные Гидрофобные и Ван-дер-Вальсовые взаимодействия водородные ковалентныеые ионные

Доме н белка — элемент третичной структуры белка, представляющий собой достаточно стабильную и независимую подструктуру белка, фолдинг которой проходит независимо от остальных частей. В состав домена обычно входит несколько элементов вторичной структуры. Домены соединены шарнирным участком Доменная структура NAD+-зависимой дегидрогеназы

• Фолдинг – сворачивание белковой цепи с образованием нативной структуры.

• Неправильный фолдинг может привести к различным болезням, например к губчатым энцефалопатиям: ь Синдром Крейцфельда-Якоба ь Новый вариант Крейцфельда-Якоба – коровье бешенство ь синдром Герсманна–Штройслера–Шейнкера ь хроническая семейная бессонница, ь куру, ь скрепи Инфекционными агентами, вызывающими эти болезни являются неправильно свернувшиеся белки - прионы

Прионы • Инфекционные белки. • Pr. PC нормальный мембранный белок нервных клеток • Pr. PSc «патологическая» конформация. Pr. PC Pr. PSc α-спирали переходят в β-складки

Инсулин. Четвертичная структура • • • Белковые молекулы часто образуют симметрично построенные комплексы, стабилизированные за счет нековалентными взаимодействий. Такие комплексы называются олигомерами, а составные единицы комплексов (от 2 до 12) - субъединицами или мономерами. Инсулин также образует четвертичные структуры. – В крови инсулин присутствует частично в виде димера. Димер имеет ось симметрии второго порядка. – Кроме того, в поджелудочной железе в качестве запасной формы содержится гексамер инсулина (из 6 мономеров), стабилизированный ионами Zn 2+. – В образовании двух комплексов с катионом Zn 2+ принимают участие остатки гистидина в положении B-10 всех шести субъединиц.

Полноценность белкового питания Белки состоят из 20 аминокислот Незаменимые: фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин Заменимые: глицин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, серин, пролин, аланин.

Фибриллярные и глобулярные белки • Фибриллярные белки - белки, образованные полипептидными цепями, которые расположены параллельно другу вдоль одной оси и образуют длинные волокна (фибриллы) или слои. Коллаге н — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дермаи т. п. ) и обеспечивающий её прочность и эластичность. Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей. Волосы, ногти состоят главным образом из ɑ-кератина.

ПЕПТИДНЫЕ БИОРЕГУЛЯТОРЫ На основе разработанной петербургскими учеными технологии из органов и тканей животных были выделены пептиды, обладающие тканеспецифическим действием, способные восстанавливать на оптимальном уровне метаболизм в клетках тех тканей, из которых они выделены. Важным отличием этих пептидов является их регулирующее действие: при подавлении функции клетки они её стимулируют, а при повышенной функции – снижают до нормального уровня. Первый из них – иммуномодулятор тималин – уже более 28 лет находится на фармацевтическом рынке и применяется для восстановления функции иммунной системы при заболеваниях различного генеза, включая онкологические заболевания. За ним последовали эпиталамин (биорегулятор нейроэндокринной системы), сампрост (препарат для лечения заболеваний предстательной железы), кортексин (препарат для лечения широкого спектра неврологических заболеваний), ретиналамин (препарат для лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки). За 25 лет широкого применения пептидных биорегуляторов их получили более 15 млн человек. При этом не было выявлено противопоказаний к их применению и побочного действия.

Денатурирующие агенты Особенности действия реагента Высокая температура (свыше 60°С) Разрушение слабых связей в белке Кислоты и щелочи Изменение ионизации ионогенных групп, разрыв ионных и водородных связей Мочевина Разрушение внутремолекулярных водородных связей в результате образования водородных связей с мочевиной Спирт, фенол, хлорамин Разрушение гидрофобных, водородных связей Соли тяжелых металлов Образование нерастворимых солей белков с ионами тяжелых металлов

Методы анализа белков Из Кольман, Рем «Наглядная биохимия»

Методы анализа белков • Рентгеноструктурный анализ Электронная микроскопия

УСПЕХОВ В ПОЗНАНИИ БИОХИМИИ