Структура, свойства и функции белков
 Скачать 308 Kb.
| Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |
1 2 Структура, свойства и функции белков. Выяснение структуры белков является одной из главных проблем современной биохимии. Белковые молекулы представляют собой высокомолекулярные соединения, образованные аминокислотами. Большинство белков имеют 4 уровня организации (4 структуры белковой молекулы). Первичная структура белка. В настоящее время расшифрована первичная структура около 2500 белков, а в природе имеется 1012 разнообразных белков. Первичная структура – это последовательность (порядок) соединения аминокислотных остатков с помощью пептидной связи. Пептидная связь образуется за счет карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты. В образовании первичной структуры участвуют  -аминокислоты.Пептидная связь образует остов полипептидной цепи, она является повторяющимся фрагментом. Особенности пептидной связи:
Пептидная связь – прочная ковалентная связь, энергия связи равняется 110 ккал/моль. Свойства первичной структуры белка
Аминокислоты, входящие в состав белков делят на 2 группы:
В белковой молекуле различают 2 вида замен аминокислот:
Примеры: гли-ала, асп-глу, тир-фен, вал-лей.
Примеры: глу-вал, сер-цис, про-три, фен-асп, илей-мет. При радикальной замене возникает белок с другими свойствами, что может привести к патологии. Радикальная замена глу на вал в шестом положении в молекуле гемоглобина приводит к развитию серповидно-клеточной анемии. При этой патологии эритроциты в условиях низкого парциального давления приобретают форму серпа. После отдачи кислорода такой гемоглобин превращается в плохо растворимую форму и начинает выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллоидов, названных тактоидами. Тактоиды деформируют клетку и эритроциты приобретают форму серпа. При этом происходит гемолиз эритроцитов. Болезни протекает остро и дети погибают. Эта патология называется серповидно-клеточной анемией.
Вторичная структура белка. Вторичная структура – это способ укладки полипептидной цепи в спиральную или складчатую конформацию. Конформация – это пространственное расположение в органической молекуле замещающих групп, способных свободно изменять свое положение в пространстве без разрыва связей, благодаря свободному вращению вокруг одинарных углеродных связей. Различают 2 вида вторичной структуры белка: 1. -спираль2.  -складчатость.Вторичную структуру стабилизируют водородные связи. Водородные связи возникают между атомом водорода в NH группе и карбоксильным кислородом. Характеристика -спирали.
Для каждого белка характерна своя степень спирализации полипептидной цепи. Спирализованные участки чередуются с линейными. В молекуле гемоглобина и -цепи спирализованы на 75%, в лизоциме – 42%, пепсине – 30%.Степень спирализации зависит от первичной структуры белка.
Спирализации белковой молекулы препятствует аминокислота пролин. - складчатость имеет слабоизогнутую конфигурацию полипептидной цепи.Для - складчатости характерны водородные связи в пределах одной полипептидной цепи или сложных полипептидных цепей.В белках возможны переходы от -спирали к -складчатости и обратно вследствие перестройки водородных связей.-складчатость имеет плоскую форму.-спираль имеет стержневую форму.Водородные связи – слабые связи, энергия связи 10 – 20 ккал/моль, но большое количество связей обеспечивает стабильность белковой молекулы. В молекуле белка имеются прочные (ковалентные) связи, а также слабые, что обеспечивает с одной стороны стабильность молекулы, а с другой лабильность. Третичная структура белка. Третичной структурой белка называется способ укладки полипептидной цепи в пространстве. По форме третичной структуры белка делят на глобулярные и фибриллярные. В стабилизации третичной структуры белковой молекулы участвуют ковалентные связи (пептидные и дисульфидные). Основную роль в стабилизации играют нековалентные связи: водородные, электростатические взаимодействия заряженных групп, межмолекулярные ван-дер-вальсовы силы, взаимодействия неполярных боковых радикалов аминокислот, так называемые гидрофобные взаимодействия. Гидрофобные радикалы аминокислот ала, вал, изолей, мет, фен в водной среде взаимодействуют друг с другом. При этом неполярные гидрофобные радикалы аминокислот как бы погружаются внутрь белковой молекулы, образуя там сухие зоны, а полярные радикалы оказываются ориентированными в сторону воды. При укладке полипептидная цепь белка стремится принять энергетически выгодную форму с меньшим запахом энергии. При формировании третичной структуры полипептидная цепь изгибается в местах нахождения пролина, глицина. Глобулярные белки растворимы в воде, а фибриллярные нет. Четвертичная структура белка. Белки, состоящие из одной полипептидной цепи, имеют только третичную структуру (лизоцим, пепсин, миоглобин, трипсин). Для белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей, характерна четвертичная структура. Под четвертичной структурой понимают объединение отдельных полипептидных цепей с третичной структурой в функционально активную молекулу белка. Каждая отдельная полипептидная цепь называется протомером и чаще не обладает биологической активностью. В молекуле белка может быть несколько протомеров, которые при объединении образуют олигомер или мультимер. Для белков с четвертичной структурой характерно понятие субъединицы. Субъединица – это функционально активная часть молекулы белка. Примером белка с четвертичной структурой является гемоглобин, состоящий из 4 протомеров: 2 и 2 -цепей.Взаимодействие полипептидных цепей при формировании олигомера происходит за счет полярных групп аминокислотных остатков. Между полярными группами образуется ионная, водородные связи, гидрофобные взаимодействия. Денатурация. Денатурация – это процесс нарушения высших уровней организации белковой молекулы (вторичного, третичного, четвертичного) под действием различных факторов. При этом полипептидная цепь разворачивается и находится в растворе в развернутом виде или в виде беспорядочного клубка. При денатурации утрачивается гидратная оболочка и белок выпадает в осадок и при этом утрачивает нативные свойства. Денатурацию вызывают физические факторы: температура, давление, механические воздействия, ультразвуковые и ионизирующие излучения; химические факторы: кислоты, щелочи, органические растворители, алкалоиды, соли тяжелых металлов. Различают 2 вида денатурации:
Свойства денатурированных белков.
Ферментные методы гидролиза основаны на избирательности действия протеолитических ферментов расщепляющих пептидные связи между определенными аминокислотами. Пепсин расщепляет связи, образованные остатками фенилаланина, тирозина и глутаминовой кислоты. Трипсин расщепляет связи между аргинином и лизином. Химотрипсин гидролизует связи триптофана, тирозина и фенилаланина. Структура и свойства ферментов. Ферменты (энзимы) – специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов, играющие роль биологических катализаторов. Доказательства белковой природы ферментов.
Для ферментов и неорганических катализаторов характерны общие свойства:
Отличия:
Пример: уреаза разлагает мочевину за 10-4 сек, а под действием воды этот процесс пройдет за 3200 лет. Гидролиз белков без фермента 100 – 1100С, 20% HCl – 8-10 часов с ферментом 370С, pH  7,0 – 1-1,5 часа
Белок  аминокислоты.Протеолитические ферменты разрывают определенные пептидные связи. Ферменты катализируют превращение определенного субстрата или группы субстратов.
S  A  B C P
Ферменты классифицируют по химической структуре:
Кофактор делят на 2 группы в зависимости от прочности связи:
Функции белковой и небелковой части фермента.
Пример: Фермент аминотрансфераза состоит из белковой части и небелковой, которая представлена пиридоксальфосфатом (витамин B6). Этот кофермент обеспечивает перенос NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту. Удаление белковой части приводит к потере специфичности (фермент начинает переносить еще 15 групп) и теряет активность. Небелковая часть фермента неспецифична и может входить в состав разных ферментов и выполнять разные функции. Пример: Гем входит в состав каталазы, которая обеспечивает расщепление H2O2. Гем входит также в состав цитохромов, которые осуществляют перенос электронов. Каталаза Бел.ч Гем  H2O2Цитохромы Бел.ч Гем  Коферменты делят:
Пример: НАД (витамин В5) – нуклеотид ФАД (витамин В2) – нуклеотид
Пример: Пиродоксальфосфат (ПФ) – NH2 Биотин (витамин Н) - CO2
Пример: ТДФ (В1)- тиаминдифосфат Взаимодействие фермента с субстратом идет при участии активного (ых) центров фермента. Различают следующие виды активных центров:
Закономерности построения активных центров.
Теории, объясняющие механизм взаимодействия фермента и субстрата. Теория Фишера – теория предшествующего соответствия, теория «ключ – замок». Согласно теории активный центр фермента существует и точно соответствует субстрату. Недостатки (противоречия) теории:
Теория Кошленда – индуцированного соответствия, т.е. активный центр формируется в момент взаимодействия фермента и субстрата, т.е. происходит подгонка. В субстрате происходит изменение связей. Наличие активных центров определяют специфичность. Виды специфичности.
Уреаза катализирует расщепление мочевины, аспартаза катализирует взаимодействие NH3 с фумаровой кислотой, в результате образуется аспарагиновая кислота, но аспартаза не действует на малеиновую кислоту. СООН COOH | | CH CH2 ||  |CH  CHNH2| | COOH COOH Фумарат Аспартат
Пример: пепсин расщепляет пептидную связь –CO-NH между аминокислотами. Аналогично действуют трипсин, химотрипсин, пептидазы. Химотрепсин расщепляет пептидные связи между три, тир и фен, но при определенных условиях могут расщеплять амидные и сложноэфирные связи.
Фумараза катализирует превращение фумаровой кислоты (транс-изомер), но не действует на малеиновую кислоту (цис-изомер). При исследовании специфичности ферментов было установленно, что молекула субстрата должна обладать двумя структурными особенностями:
Изоферменты. Изоферменты – это множественные формы ферментов. Изоферменты отличаются по сродству к субстрату, по максимальной скорости катализирумой реакции (по активности), по электрохимическим свойствам, по константе Михаэлиса, по тканевой локализации. Изоферменты состоят из нескольких субъединиц. Примером изоферментов является лактатдегидрогеназа (ЛДГ), катализующая реакцию превращения пир лак и наоборот.ЛДГ состоит из 4 субъединиц двух разных типов – Н и М и в результате комбинаций образуется 5 изоферментов: ЛДГ1 – Н4 ЛДГ2 – Н3М ЛДГ3 – Н2М2 ЛДГ4 – НМ3 ЛДГ5 – М4 Изоферменты отличаются по молекулярной массе, электрофоретической подвижности, по отношению к активаторам и ингибиторам. Для каждой ткани в норме характерно свое соотношение форм (изоферментный спектр) ЛДГ. В сердечной мышце преобладает ЛДГ1 (Н4), а в скелетных мышцах и печени ЛДГ5 (М4). Это свойство изоферментов используется в клинике для дифференциальной диагностики органических и функциональных поражений органов и тканей. По изменению содержания изоферментов в сыворотке крови судят о нахождении патологического процесса, так и о степени поражения органа или ткани.
Факторы, влияющие на активность ферментов.
Концентрация субстрата зависит от питания, возраста, физической нагрузки. Зависимость скорости ферментативной реакции субстрата выражается уравнением Михаэлиса-Ментен:  Vmax – максимальная скорость реакции [S] – концентрация субстрата Km – константа Михаэлиса. Анализ уравнения Михаэлиса-Ментен.
[S] 0, при этом [S] можно пренебречь:
 Сокращаем на [S] и скорость реакции равняется Vmax.
 и разделив на Vmax получим  . Решая уравнение относительно Km получаем Km+[S] = 2[S],Km=[S] Km – величина, численно равная концентрации субстрата при  , выраженная в молях. Km = 10-1 – 10-6 – для клеток организма, величина const.Km показывает:
Например, этиленгликоль – составная часть антифриза и алкагольдегидрогеназа (АДГ) будет превращать его в щавелевую кислоту, которая является ядом для печени. Алкагольдегидрогеназа превращает этиловый спирт в уксусный альдегид и степень сродства АДГ к С2Н5ОН выше, чем к этиленгликолю и на этом основан способ нейтрализации этиленгликоля.
Способ определения Km .
 I участок – с увеличением концентрации субстрата увеличивается скорость ферментативной реакции II участок – с увеличением концентрации субстрата скорость реакции не изменяется, т.к. все активные центры заняты. Недостаток графика Михаэлиса-Ментен при определении Km заключается в том, что Vmax достигается с трудом, реакции в клетке протекают с оптимальной скоростью, а не Vmax.
 Преимущество метода заключается в том, что прямую можно построить по двум точкам и нет необходимости определять максимальную скорость. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента. Зависимость носит линейный характер. Скорость химической реакции, катализируемой данным ферментом прямопропорциональна к  онцентрации фермента. При этом концентрация субстрата величина постоянная. Это обясняетя большим количеством активных центров при определенном количестве молекул субстратаЗависимость скорости ферментативной реакции от температуры.  При t=36-380 ферменты обладают наибольшей активностью. Эта температура называется температурный оптимум:С повышением t0 до оптимума активность ферментов повышается. Высокие t вызывают денатурацию ферментов. Низкие t снижают активность ферментов. Изменение t0 приводит к нарушению связей, закрепляющих белковую структуру ферментов (третичную, четвертичную), т.е. вызывает денатурацию. Обратимая денатурация наблюдается при понижении t0. Это позволяет хранить ферменты, биологические жидкости, кровь. Повышение температуры необратимо нарушает белковую структуру фермента. Это свойство используется при стерилизации материалов, инструментов. Лихорадка – защитное свойство организма, т.к. происходит денатурация ферментов микроорганизмов и поэтому нецелесообразно применять жаропонижающие средства. 1 2  перейти в каталог файлов | Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- дегидрогеназы, ферменты, осуществляющие окислительно-восстановительные реакции.