Уровни структурной организации белков
Введение в биохимию. Аминокислоты. Пептиды. Белки.
Биохимия – наука о молекулярной сущности жизни, которая изучает:
1. Химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов.
2. Их превращения.
3. Связь этих превращений с деятельностью клеток, органов, тканей.
4. Пути влияния на биохимические процессы живого организма.
Горизонты развития биохимии
1. Дифференцировка клеток высших организмов.
2. Организация и механизм действия генома.
3. Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа.
4. Процессы узнавания на молекулярном уровне.
5. Молекулярные основы наследственных заболеваний человека.
6. Молекулярные основы злокачественного роста.
7. Молекулярные основы иммунитета.
8. Рациональное питание.
9. Молекулярные механизмы памяти.
10. Биосинтез белка.
11. Биологические мембраны и биоэнергетика.
Биохимия находится в тесном контакте с :
• Молекулярной биологией
• Биоорганической химией
• Фармакологией
• Фармацевтической химией
• Нормальной и патологической физиологией
• Микробиологией
• Стоматологией
• И другими науками
Основные отличия живой природы от неживой
1. Высокая структурная организация как в пространстве, так и во времени.
2. Обмен веществ с окружающей средой. Извлечение энергии из внешней среды и ее трансформация.
3. Постоянное и интенсивное протекание в организме как процессов распада, так и процессов синтеза.
|
|
|
4. Способность к самовоспроизведению.
5. Способность к саморегуляции.
История развития биохимии
1. Накопление данных о составе орг.соединений положили алхимики.
2. XVI-XVII вв. получила развитие ятрохимия (iatros – врач). Эмпирическая наука.
Т.Парацельс выдвинул предположения, что в основе жизнедеятельности человека лежат химические процессы, а причиной заболеваний является нарушение хода химических процессов, поэтому для лечения следует использовать химические вещества.
Виталистические взгляды: в живых организмах присутствует особое невесомое вещество флогистон, выделяющееся из горящего тела, которое обеспечивает протекание биологических процессов
3. Антуан Лавуазье, Мих.Вас. Ломоносов опровергли эту теорию, провозгласив, что основные законы сохранения энергии и вещества, применимые к физическому миру, так же справедливы и для биологических объектов.
Лавуазье показал, что при дыхании живые существа поглощают кислород, а выделяют углекислый газ.
4. Середина XVIII в - выделение большого количества новых веществ привело к началу органической химии, изучающей соединения углерода.
Й. Берцелиус ввел понятие катализ. Открыты каталитические свойства пищеварительного сока.
|
|
|
5. Сокрушительные удары по витализму – лабораторные синтезы
1828 г. Ф. Велер - мочевина
1845 г. А. Кольбе - уксусная кислота
1854 г. М. Бертло - жиры
1861 г. А.М. Бутлеров - углеводы
Термин БИОХИМИЯ введен Карлом Нейбергом в 1903 году.
6. ХХ век – расцвет биохимии
Биополимеры – важные составляющие живых организмов - состоят из небольших повторяющихся компонентов:
- Белки - из аминокислот
- Нуклеиновые кислоты - из мононуклеотидов
- Полисахариды – из моносахаридов
Липиды (большинство из них образуется из глицерина и жирных кислот) формируют большие надмолекулярные структуры: мембраны и липопротеиновые комплексы.
АМИНОКИСЛОТЫ
Аминокислоты (амк) – это низкомолекулярные вещества, содержащие одновременно карбоксильную и аминогруппу. В рибосомальном синтезе белка участвуют 20 протеиногенных амк.
Свойства протеиногенных амк
1. Являются амфотерными электролитами (как и другие амк), т.е. проявляют как кислотные, так и оснОвные свойства.
2. Содержат аминогруппу в альфа-положении по отношению к карбоксильной, поэтому их называют a-аминокислоты.
3. Относятся к L-ряду
В природе встречаются и D-аминокислоты, но крайне редко.
|
|
|
D-амк входят в состав некоторых антибиотиков, клеточных стенок ряда бактерий и грибов. Например, они присутствуют в оболочке бактерии сибирской язвы. Именно поэтому она не разрушается ферментами, разрывающими белковые цепи L-аминокислот.
Незаменимые амк
• Фен
• Лиз
• Арг*
• Гис*
• Вал #
• Лей #
• Иле #
• Тре
• Мет
• Три
# - разветвленные амк
*частично заменимые амк
БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ
Белки и пептиды – это полимерные молекулы, состоящие из аминокислотных остатков.
К белкам относят полипетиды с молекулярной массой, превышающей 5 000 Da, и имеющие пространственную структуру. Однако строгой границы между белками и пептидами нет.
Разнообразие белков в живых организмах велико, так у E.coli имеется около 3 000 типов белков, а у человека - более 50 000.
Синтез белков осуществляется в рибосомах на матричной РНК. Аминокислоты в белках связаны друг с другом пептидными связями. Полипептидная цепь имеет два конца. На одном (который называется N-конец) находится свободная аминогруппа, на другом (называемом С-концом) располагается карбоксильная группа. Белки имеют большое количество заряженных групп, находящихся в боковых радикалах аминокислот. В зависимости от рН среды белок может иметь различный заряд.
|
|
|
Изоэлектрическая точка - значение рН, при котором суммарный заряд белка равен 0.
Поскольку в боковых радикалах аминокислот в белках имеются как кислотные, так и оснОвные группы, белки являются амфотерными электролитами.
Связи между аминокислотными остатками в белках расщепляются протеолитическими ферментами, которые называют также протеазами или протеиназами.
Образование пептидов возможно двумя путями:
1. Синтез из амк ферментными системами (лишь незначительная часть пептидов синтезируется таким образом).
2. Гидролиз белков специфическими ферментами - (прицельный протеолиз).
Среди пептидов есть вещества, необходимые организму, а есть – крайне ядовитые. Пептидами являются многие гормоны (вещества, управляющие активностью различных клеток):
• Вазопрессин (нонапептид из 9 аминокислотных остатков) контролирует водно-солевой обмен.
• Окситоцин влияет на сокращение гладкой мускулатуры матки, лактацию и оргазм.
• Инсулин – пептид (маленький белок, состоящий из двух цепей, одна из которых содержит 21, а другая – 30 аминокислотных остатков) контролирует метаболизм.
• Аспартам (искусственно синтезированный дипептид)– заменитель сахара (в 200 раз слаще его). Некоторые природные полипептиды в 3000 раз слаще сахара.
Ядовитыми являются пептиды яда змей и бледной поганки.
Уровни структурной организации белков
I . Первичная структура белков – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи, которая определяется генетическим кодом.
II . Вторичная структура белка создается за счет водородных связей между цепями. Основные типы – альфа спирали и бета-складчатые слои.
III . Третичная структура – способ укладки полипептидной цепи в пространстве. Образуется при участии различных типов связей:
• Ионных
• Ковалентных (S-S) дисульфидных
• Водородных
• А также за счет взаимодействия гидрофобных боковых радикалов аминокислот
III. Четвертичная структура – способ укладки нескольких полипептидных цепей в пространстве - образуется при участии тех же типов связей, что и третичная структура. Белок, состоящий из нескольких полипептидных цепей, называется олигомерным, а отдельная полипептидная цепь в его составе называется субъединицей.
Фолдинг (сворачивание) белков – принятие белками нативной конформации.
Нативная (природная) конформация белка - характерная трехмерная (или четырехмерная) структура белка, в которой он стабилен и проявляет биологическую активность при физиологических условиях (температура и рН).
Денатурация белка – это разрушение нативной конформациии белка, сопровождающееся потерей его природных, нативных свойств. Денатуращия белка может происходить под воздействием сильно кислых и сильно щелочных значений рН, высокой температуры, органических растворителей, солей тяжелых металлов, высоких концентраций любых солей и других воздействиях. При денатурации белком может нарушаться четвертичная, третичная и даже вторичная структура. Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформированола прочными ковалентными связями. Разрушение первичной структуры может произойти только в результате гидролиза белковой молекулы длительным кипячением в растворе кислоты или щелочи.
Белки шапероны (были обнаружены, как белки теплового шока):
• Препятствуют денатурации белка
• Способствуют принятию им нативной конформации
• Связаны с белком до тех пор, пока он не будет доставлен в место проявления его активности в клетке
Домен - структурно обособленная часть полипептидной цепи, выполняющая определенную функцию. В белках разных организмов, выполняющих сходные функции, часто встречаются «типовые» домены. Например, дегидрогеназы (известно около 200 таких ферментов) имеют домен для связывания кофермента НАД+.
Протеинопатии - болезни, связанные с «неправильным» сворачиванием белков и их отложением в тканях:
· Болезнь Альцгеймера
· Прионовые болезни - губчатые энцефалопатии человека и животных. (Ку́ру —болезнь, обнаруженная в Новой Гвинее у каннибалов в начале 20 века).
Функции белков
1. Питательная (казеин молока)
100-120г белка/сут – норма для взрослого
2. Каталитическая. Ферменты – биологические катализаторы белковой природы.
3. Защитная функция. Иммунная система – антитела.
4. Свертывающая и антивсертывающая системы крови.
5. Транспортная. (Гемоглобин – перенос О2, липопротеины – перенос жирорастворимых витаминов, липидов, стероидных гормонов)
6. Сократительная. Мышечные белки: актины, миозин…
7. Строительная. Белки в составе клеточных мембран - цитоскелет. Белки – основа костной ткани - скелет.
8. Гормональная функция. Гормоны: белковые (инсулин, глюкагон…), пептидные (окситоцин, вазопрессин…).
9. Рецепторная. Белки наделены способность к узнаванию и связыванию ( Антиген-антитело, гормон – рецептор…)
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 41; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!