Презентация на тему Стукурная организация белка

молекулБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в

XVIII векеБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана ФуркруаБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулироватьБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурироватьБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислотБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбуминБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибринБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из кровиБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютенБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницыБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы. Голландский химик Геррит МульдерБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы. Голландский химик Геррит Мульдер провёл анализ состава белков и выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулуБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы. Голландский химик Геррит Мульдер провёл анализ состава белков и выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулу. Термин «протеин» для обозначения подобных молекул был предложен в 1838 годуБелки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы. Голландский химик Геррит Мульдер провёл анализ состава белков и выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулу. Термин «протеин» для обозначения подобных молекул был предложен в 1838 году сотрудником Мульдера Якобом Берцелиусом.

Антуан Франсуа де Фуркруа,
основоположник изучения белков

ди-, три-, тетра- и т.д. пептиды); Полипептиды содержат от 20

до 50 амк; Белки – полипептидные цепи, объединяющие более 50 амк., и имеющие молекулярную массу свыше 6 тыс.

реакция происходит в молекулярной машине по образованию белка — рибосоме.

или в дальтонахРазмер белка может измеряться в числе аминокислот

или в дальтонах (молекулярная масса), чаще из-за относительно большой величины молекулы в производных единицах — килодальтонах (кДа).

Ig

Hb

инсулин

Ац

глютаминсинтетаза

константой белков является рI – изоэлектическая точка - Хорошо растворимы

в воде - Способность к денатурации

белки
По форме
глобулярные
фибриллярные

т.д.
По локализации в организме
белки крови
белки печени
белки сердца и т.д.

т.д.
По локализации в организме
белки крови
белки печени
белки сердца и т.д.

белков
белки, синтезирующиеся с постоянной скоростью (конститутивные)
белки, синтез которых может

усиливаться при воздействии факторов внешней среды (индуцибельные)
По продолжительности жизни
очень быстро обновляющиеся
очень медленно обновляющиеся
По схожим участкам первичной структуры и родственным функциям
- семейства белков

структуры (плоские пептидные группы) с относительно подвижными участками (-СНR),

которые способны вращаться вокруг связей.
Такие особенности полипептидной цепи влияют на укладку ее в пространстве.

C

H

R

N

H

C

C

O

C

H

R

N

H

C

O

аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты с выделением молекулы

воды. Это ковалентная связь. Основу цепи составляет повторяющаяся последовательность - CO-NH-CH-
CH3 CH2 - OH
I I - H2O
H2N – CH – COOH + H2N – CH – COOH
аланин серин
CH3 CH2 – OH
I I
H2N – CH – CO - NH – CH – COOH
аланилсерин

ковалентные – пептидные, прочные). Пептидные связи стабилизируют линейную первичную

структуру.

структуры (плоские пептидные группы) с относительно подвижными участками (-СНR),

которые способны вращаться вокруг связей.
Такие особенности полипептидной цепи влияют на укладку ее в пространстве.

C

H

R

N

H

C

C

O

C

H

R

N

H

C

O

пептидную группу находятся в одной плоскости;
Способность существовать в 2-х

резонансных формах (кето- или енольной форме);
Транс-положение заместителей по отношению к С-N-связи;
Способность к образованию водородных связей, причем каждая из пептидных групп может образовывать 2 водородные связи с др.группами, в т.ч. и пептидными.
Исключение составляют пептидные группы пролина и гидроксипролина. Они способны образовать только 1 пептидную связь. Это сказывается на формировании вторичной структуры белка. В местах нахождения данных амк полипептидная цепь легко изгибается, т.к. не удерживается, как обычно, водородной связью.

на более короткие фрагменты по определенным положениям в его

последовательности (разрыв дисульфидных мостиков и модификация остатков цистеина);

Установление порядка чередования амк в полученных фрагментах-пептидах;

Определение расположения пепдитов с известной амк последовательностью в белковой молекуле.

Самой начальной процедурой является определение числа полипептидных нитей в белковой молекуле - протомеров

(эти связи формируют гидрофильные радикалы);
Ионные связи – образуют полярные

(заряженные) радикалы;
Ван-дер-Ваальсовы силы – гидрофобные силы притяжения;
Гидрофобные взаимодействия – образуют гидрофобные радикалы;
Дисульфидные связи – образуются при сближении 2-х радикалов цистеина

цепей, которые стремятся уменьшить свободную энергию, то есть способ

скручивания полипептидных цепей в пространстве.
Различаем α -спирализацию и β – структуру, беспорядочный клубок.

оси цилиндра по ходу часовой стрелки, поскольку аминокислоты являются

L изомерами. Шаг спирали – 5,3 А( 0,54 нМ) на каждом витке располагается 3,6 аминокислотных остатка, то есть происходит взаимодействие между 1 и 4 аминокислотным остатком и образование большого числа водородных связей
- С=О….Н-N-

образуются между карбонильной (>С=О) и иминогруппами (=NH) пептидного остова.

Эти связи образуются очень упорядоченно, формируя спираль, и ориентированы вдоль ее оси. На виток спирали укладывается 3,6 аминокислотных остатка (водородные связи образуются между 1-й и 4-й аминокислотами, преимущественно с короткими боковыми цепями). Расстояние между амк остатками равно 0,15 нм.
ά-Спираль представляет собой самый жесткий тип вторичной структуры и преобладает во многих белках.
Пролин и амк с длинными радикалами нарушают спиралевидную укладку.

особенностью каждой белковой молекулы. Глобулярные белки имеют степень спирализации

порядка 60-70%. Спирализованные участки чередуются с хаотическими клубками; в результате денатурации переходы спираль-клубок увеличиваются. Спирализация цепи затруднена в тех случаях, когда одноименно заряженные амк остатки располагаются в непосредственной близости др. от др., т.к. происходит сильное взаимное отталкивание, что препятствует образованию водородных связей, и в тех случаях, когда в амк остатках имеются большие размеры радикалов (сер, тре, лей), а также при наличие в полипептидной цепи пролина, у которого атом азота входит в состав жесткого кольца, что препятствует вращению вокруг связи N-Cά.

симметрию (напоминает растянутую спираль электрической плитки);
Образование водородных связей между

пептидными группами каждого первого и четвертого амк остатков;
Регулярность витка спирали;
Равнозначность всех амк остатков не зависимо от строения их боковых радикалов;
Боковые радикалы амк не участвуют в образовании ά-спирали.
Период регулярности ά-спирали равен 5 виткам или 18 амк остаткам; длина одного периода составляет 2,7 нм.

структуры складчатого листа, то есть, последовательный ряд листков, расположенных

под углом друг другу. Она может сформироваться между отдельными полипептидными цепями и может быть параллельной и антипараллельной.

системно, формируя гофрированную структуру из полипептидной цепи. При этом

участки цепи идут либо в одном, либо в противоположном направлении.
β-структура встречается реже, чем ά-спираль. На схемах изображается в виде широкой плоской стрелки, отмечающей направление от N- к С-концу цепи. Расстояние
между соседними амк остатками по оси составляет 0,35 нм., т.е. в 3 раза больше, чем в ά-спирали, число остатков на виток равно 2. В отрезке полипептидной цепи, образующей β-структуру, находится от 3 до 7 амк остатков, а сама β-структура состоит из 2-6 цепей, хотя их число может быть и большим. Поверхность β-структуры может быть плоской или левозакрученной таким образом, чтобы угол между отдельными отрезками цепи составлял 20-250.

одного слоя помещаются между боковыми радикалами другого слоя.


С=О
Н-N

межцепочечные
водородные
связи

H - C

- R
R – C - H C=O
C=O …. H - N
H – N H - C - R


O
2) R – C
O- …. H-O-




3) R-CH2-O …. Н N - С =О
н
4) R-C- O …. H-O-C-R
H

Они представляют собой обособленные глобулярные участки, соединенные др. с

другом короткими, так называемыми «шарнирными участками» полипептидной цепи.
Доменом называют часть молекулы по структуре напоминающей самостоятельный глобулярный белок.

Супервторичная структура типа бочонка.
а — триозофосфатизомераза; б — домен пируваткиназы

белках находится, как правило несколько структурных доменов, каждый из

которых состоит из 200 амк остатков. В некоторых белках (Ig, сериновые протеиназы), структурные домены сходны по своей первичной структуре, что указывает на возможный механизм дубликации соответствующих генов. В др. белках (гемоглобин) имеются определенные различия. По строению домены в белках разделяют на несколько групп в зависимости от содержания в них ά-спиралей и β-структур.

в определенном объеме пространства.

которых мала от 1 до 7 кал. Слабые связи:

водородные, электростатические, гидрофобные, Ван-дер-вальсовые:
Связи: а) ионная связь
б) водородная связь
в) гидрофобное взаимодействие
г) дисульфидная связь.

в пространстве закрученная спираль (за счет гидрофобных связей); у

некоторых белков имеются S-S-связи (бисульфидные).
По форме третичной структуры белки делятся на глобулярные (ά-структура) и фибриллярные (β-структура). Однако конфигурация третичной структуры не дает основания думать, что фибриллярные белки имеют только β-структуру, а глобулярные – ά-спираль.

радикалы цис);
изопептидные или псевдопептидные – между аминогруппой лиз, арг,

и карбоксильной группой боковых радикалов амк асп, глу, аминолимонной кислот (отсюда и название);
эфирные (редко встречающиеся) – между СООН-группами дикарбоновых амк (асп, глу) и ОН-группой гидроксиаминокислот (сер, тре)

-OH,-SH бокового радикала одной амк и СООН-группой другой; ионные (электростатические

или солевые) – между –NH3+ лиз, арг, гис и группой СОО- асп и глу кислот; неполярные (гидрофобные связи) – образуются между углеводородными радикалами амк. Эти связи способствуют формированию гидрофобного ядра из неполярных радикалов внутри белковой глобулы. - вандерваальсовые связи

определяется свойствами боковых радикалов входящих в нее амк (которые

не оказывают заметного влияния на формирование первичной и вторичной структур) и микроокружением, т.е. средой. При укладке полипептидная цепь белка стремится принять энергетически выгодную форму, характеризующуюся минимумом свободной энергии. Поэтому неполярные R-амк остатков, «избегая» воды, образуют как бы внутреннюю часть третичной структуры белка. Полипептидная цепь изгибается в трехмерном пространстве; при ее изгибах нарушается вторичная спиральная конформация. Изгибы цепи образуются в слабых точках (пролин, гидроксипролин, глицин). Только правильная пространственная укладка белка делает его активным.

пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой или разной первичной,

вторичной, третичной структурой и формирующих единое макромолекулярное образование в структурном и функциональном отношениях.
Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входящих в его состав протомеров образовавшуюся молекулу называемая мультимером, (построены из четного числа протомеров от 2 до 4, реже от 6 до 10,12…).
Субъединица – функционально активная часть молекулы мультимерного белка. Молекула гемоглобина состоит из α -, и β – субчастиц, каждая из которых состоит из 2-х одинаковых α -, и β –полипептидных цепей т.е. молекула гемоглобина состоит из 4-х полипептидных цепей, каждая из которых окружает группу гема.

участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации

третичной. Контакты между поверхностями субъединиц возможны только за счет полярных групп амк остатков, т.к. при формировании третичной структуры каждой из полипептидных цепей боковые радикалы неполярных амк (составляющих большую часть всех протеиногенных амк) спрятаны внутри субъединицы.
Между их полярными группами образуются многочисленные ионные, водородные и дисульфидные связи, которые прочно удерживают субъединицы в виде организованного комплекса.

важна трёхмерная структура белка, которая формируется в процессе фолдингаКроме

последовательности аминокислот полипептида (первичной структуры), крайне важна трёхмерная структура белка, которая формируется в процессе фолдинга (от англ. folding), «сворачивание»). Трёхмерная структура формируется в результате взаимодействия структур более низких уровней.

через Fe2+, который соединен с 4 атомами N2 пиррольных

колец гема и атомами азота гис F8 белковой части протомера. Связывание О2 с оставшейся свободной координационной связью Fe2+ происходит по другую сторону от плоскости гема в области гис F7 (анологично тому, как это происходит у миоглобина). Гис F7 не взаимодействует с О2, но обеспечивает оптимальные условия для его связывания.

Гис F8-Fe2+

+ О2

Гис F8-Fe2++О2

обладают конформационной лабильностью и после перемещения железа и остатков

гис в плоскость гема, происходят конформационные изменения других протомеров, что облегчает присоединение последующих атомов О2. Поэтому, 4-ая молекула О2 присоединяется к Нв в 300 раз легче, чем 1-ая.
Изменения конформации (а следовательно и функциональных свойств) всех протомеров олигомерного белка при присоединении лиганда только к одному из них носит название кооперативных изменений конформации протомеров.

О2

О2

3 О2

О2

О2

О2

О2

дезоксигемоглобин

НвО2 ...........

оксигемоглобин

пиррольными циклами, а также к радикалу гистидина с помощью

атома Fe. Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированном состоянии гемоглобина выступает над плоскостью. При присоединении О2 ион железа погружается в плоскость колец гема. Координационное число железа в составе гема равно 6, причем 4 связи заняты азотами приррольных колец, 5 связывает гем с белком, а 6 – занята тем или иным лигандом.

желточном мешке через несколько недель после оплодотворения. Тетрамер (2ζ2ε).

Через 2 недели после формирования печени плода начинает синтезироаваться фетальный, или плодный гемоглобин (НвF). Этот гемоглобин имеет тетрамерную структуру (2ά2γ). После рождения ребенка постепенно замещается на НвА, который начинает синтезироваться в клетках костного мозга плода уже на 8-м месяце развития.

– незамещенная 6 координационная связь железа;
Карбаминогемоглобин - связывание СО2

с Нв. СО2 связывает только N-концевые ά-аминогруппы. Реакция легко обратима. Образование карбаминогемоглобина определяется парциальным давлением СО2 и имеет прямое отношение к транспорту СО2 кровью;
Карбоксигемоглобин (НвСО) – для образования НвСО требуется в 200 раз более низкое парциальное давление СО. Смерть наступает при связывании 70% Нв угарным газом;
Метгемоглобин (met-Нв) – образуется при окислении Fe2+ до Fe3+; не способен присоединять ни О2, ни СО; имеет коричневый цвет.

где располагается небелковая часть молекулы – гем. Между протомерами

образуется аллостерический центр (центральная полость) для присоединения регуляторного лиганда гемоглобина – 2,3-бисфосфоглицерата.

ГЕМ

ά1

ά2

β1

β2

находится полость, которую образуют амк остатки всех 4 протомеров; 2.

в молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином имеются дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры. Вследствии этого, размеры центральной полости могут изменяться: увеличиваться в дезокси-Нв и уменьшаться – в окси-Нв; 3. центральная полость является местом присоединения 2,3-БФГ (из-за различия в размерах центральной полости 2,3-БФГ может присоединяться только к дезокси-Нв; 4. 2,3-БФГ имеет сильный (-) заряд и взаимодействует с 5 (+) –заряженными группами 2β-цепей, следовательно, образуется 5 дополнительных ионных связей, что снижает сродство Нв к О2 в 26 раз. В результате происходит высвобождение О2 в капиллярах ткани при низком парциальном давлении О2.

промежуточного продукта окисления глюкозы – 1,3-бисфосфоглицерата. В нормальных условиях

БФГ находится в Эр в высоких концентрациях и его суммарная концентрация при циркуляции крови из легких в ткани и обратно не меняется. Количество БФГ в Эр может увеличиваться при недостатке О2 в тканях.

Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных изменений называется аллостерической регуляцией, а соединения-регуляторы – аллостерическими лигандами.

С

О

О-

С

С

О

Р

О

О

О-

Н

Н

О

Р

О-

О-

О

Н

к гипоксии.
Концентрация БФГ в Эр людей, живущих в определенных

климатических условиях – величина постоянная. При подъеме на высоту 4000 м над уровнем моря, концентрация БФГ возрастает уже через 2 дня в 2 раза (4,5-7,0 мМ). Это снижает сродство Нв к О2 и увеличивает количество О2, транспортируемого в ткани.
Такую же адаптацию можно наблюдать у больных с заболеваниями легких, при которых развивается общая гипоксия тканей: при снижении парциального давления от 100 до 50 мм.рт.ст., в Эр усиливается выработка БФГ также в 2 раза, что повышает доставку О2 в ткани.

центрам (пространственно удаленным от активного центра), помимо 2,3-БФГ являются

Н+ и СО2. При взаимодействии аллостерических лигандов белки меняют свою конформацию (в т.ч. и активного центра) и функцию, что является приспособительной реакцией к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Способность к аллостерической регуляции характерна для олигомерных белков, т.е. необходимо взаимодействие протомеров.
Концентрация аллостерических лигандов снижает сродство Нв к О2.

с помощью гемоглобина. Эффект Бора.
Увеличение освобождения О2 Нв в

зависимости от концентрации Н+ называют эффектом Бора

Образовавшийся в тканях СО2 переносится в Эр, где происходит образование из СО2 под действием фермента карбангидразы Н2СО3. при переходе окси-Нв к дезокси-Нв, специфические участки Нв приобретают большое сродство к Н+ - в результате изменения амк окружения этих участков СОО-. Присоединение 3 пар Н+ к Нв уменьшает его сродство к О2 и усиливает транспорт О2 в ткани, нуждающиеся в нем.

Клетки тканей

Капилляры
тканей

эритроцит

СО2

СО2

СО2

Н2СО3

Н+

О2

Н2О

Н2О

НСО3-

Нв О2

Н+Нв

О2

О2

концентрации протонов в среде снижает сродство О2 к гемоглобину

и усиливает его транспорт в ткани.

В капиллярах легких высокое парциальное давление О2 приводит к оксигенированию Нв и удалению 6 протонов. Образующийся СО2 выделяется в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Следовательно, молекула Нв в ходе эволюции приобрела способность воспринимать и реагировать на информацию, получаемую из окружающей среды.

Альвеолярный воздух

Капилляры легких

эритроцит

СО2

СО2

СО2

О2

О2

О2

Н+Нв

Нв(О2)

Н+

Н2СО3

НСО3-

Н2О

Н2О

- основной тип гемоглобина у взрослых
Гемоглобин А2 (НвА 2)

- α 2δ2 - минорный тип гемоглобина у взрослых
Гемоглобин F (НвF) - α 2γ2 - основной тип гемоглобина у плода