σκίουροι- υψηλό μοριακό βάρος ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ, που αποτελείται από υπολείμματα α-αμινοξέων.

ΣΕ πρωτεϊνική σύνθεσηπεριλαμβάνει άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο, θείο. Ορισμένες πρωτεΐνες σχηματίζουν σύμπλοκα με άλλα μόρια που περιέχουν φώσφορο, σίδηρο, ψευδάργυρο και χαλκό.

Οι πρωτεΐνες έχουν μεγάλο μοριακό βάρος: αλβουμίνη αυγού - 36.000, αιμοσφαιρίνη - 152.000, μυοσίνη - 500.000. Για σύγκριση: το μοριακό βάρος της αλκοόλης είναι 46, οξικό οξύ- 60, βενζόλιο - 78.

Σύνθεση αμινοξέων πρωτεϊνών

σκίουροι- μη περιοδικά πολυμερή, τα μονομερή των οποίων είναι α-αμινοξέα. Τυπικά, 20 τύποι α-αμινοξέων ονομάζονται μονομερή πρωτεΐνης, αν και πάνω από 170 από αυτά βρίσκονται σε κύτταρα και ιστούς.

Ανάλογα με το αν τα αμινοξέα μπορούν να συντεθούν στο σώμα των ανθρώπων και άλλων ζώων, διακρίνονται: μη απαραίτητα αμινοξέα- μπορεί να συντεθεί. απαραίτητα αμινοξέα- δεν μπορεί να συντεθεί. Απαραίτητα αμινοξέαπρέπει να εισέλθει στο σώμα με την τροφή. Τα φυτά συνθέτουν όλους τους τύπους αμινοξέων.

Ανάλογα με τη σύνθεση αμινοξέων, οι πρωτεΐνες είναι: πλήρεις- περιέχει ολόκληρο το σύνολο των αμινοξέων. ελαττωματικός- ορισμένα αμινοξέα λείπουν στη σύνθεσή τους. Εάν οι πρωτεΐνες αποτελούνται μόνο από αμινοξέα, ονομάζονται απλός. Εάν οι πρωτεΐνες περιέχουν, εκτός από τα αμινοξέα, ένα μη αμινοξικό συστατικό (προσθετική ομάδα), ονομάζονται συγκρότημα. Η προσθετική ομάδα μπορεί να αντιπροσωπεύεται από μέταλλα (μεταλλοπρωτεΐνες), υδατάνθρακες (γλυκοπρωτεΐνες), λιπίδια (λιποπρωτεΐνες), νουκλεϊκά οξέα (νουκλεοπρωτεΐνες).

Ολα αμινοξέα περιέχουν: 1) καρβοξυλική ομάδα (-COOH), 2) αμινομάδα (-ΝΗ 2), 3) ρίζα ή ομάδα R (το υπόλοιπο μόριο). Η δομή του ριζοσπαστικού ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙαμινοξέα - διάφορα. Ανάλογα με τον αριθμό των αμινομάδων και των καρβοξυλομάδων που περιλαμβάνονται στη σύνθεση των αμινοξέων, διακρίνονται: ουδέτερα αμινοξέαέχοντας μία καρβοξυλομάδα και μία αμινομάδα. βασικά αμινοξέαέχει περισσότερες από μία αμινομάδες. όξινα αμινοξέαέχουν περισσότερες από μία καρβοξυλομάδες.

Τα αμινοξέα είναι αμφοτερικές ενώσεις , αφού στο διάλυμα μπορούν να λειτουργήσουν και ως οξέα και ως βάσεις. ΣΕ υδατικά διαλύματααμινοξέα υπάρχουν σε διαφορετικές ιοντικές μορφές.

Πεπτιδικός δεσμός

Πεπτίδια- οργανικές ουσίες που αποτελούνται από υπολείμματα αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς.

Ο σχηματισμός πεπτιδίων συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αντίδρασης συμπύκνωσης των αμινοξέων. Όταν η αμινομάδα ενός αμινοξέος αλληλεπιδρά με την καρβοξυλική ομάδα ενός άλλου, δημιουργείται μεταξύ τους ένας ομοιοπολικός δεσμός αζώτου-άνθρακα, ο οποίος ονομάζεται πεπτίδιο. Ανάλογα με τον αριθμό των υπολειμμάτων αμινοξέων που περιλαμβάνονται στο πεπτίδιο, υπάρχουν διπεπτίδια, τριπεπτίδια, τετραπεπτίδιακαι τα λοιπά. Ο σχηματισμός ενός πεπτιδικού δεσμού μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό πολυπεπτίδια. Στο ένα άκρο του πεπτιδίου υπάρχει μια ελεύθερη αμινομάδα (που ονομάζεται Ν-άκρο), και στο άλλο υπάρχει μια ελεύθερη καρβοξυλική ομάδα (που ονομάζεται C-άκρο).

Χωρική οργάνωση πρωτεϊνικών μορίων

Η απόδοση ορισμένων ειδικών λειτουργιών από τις πρωτεΐνες εξαρτάται από τη χωρική διαμόρφωση των μορίων τους· επιπλέον, είναι ενεργειακά δυσμενές για το κύτταρο να διατηρεί τις πρωτεΐνες σε μη αναδιπλωμένη μορφή, με τη μορφή αλυσίδας, επομένως οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες αναδιπλώνονται, αποκτώντας ορισμένη τρισδιάστατη δομή ή διαμόρφωση. Υπάρχουν 4 επίπεδα χωροταξική οργάνωσηπρωτεΐνες.

Πρωτογενής δομήσκίουρος- την αλληλουχία της διάταξης των υπολειμμάτων αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα που συνθέτει το μόριο της πρωτεΐνης. Ο δεσμός μεταξύ των αμινοξέων είναι ένας πεπτιδικός δεσμός.

Εάν ένα μόριο πρωτεΐνης αποτελείται από μόνο 10 υπολείμματα αμινοξέων, τότε ο αριθμός είναι θεωρητικά πιθανές επιλογέςμόρια πρωτεΐνης που διαφέρουν ως προς τη σειρά εναλλαγής των αμινοξέων - 10 20. Έχοντας 20 αμινοξέα, μπορείτε να κάνετε ακόμα πιο διαφορετικούς συνδυασμούς από αυτά. Περίπου δέκα χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες έχουν βρεθεί στο ανθρώπινο σώμα, οι οποίες διαφέρουν τόσο μεταξύ τους όσο και από τις πρωτεΐνες άλλων οργανισμών.

Είναι η πρωταρχική δομή του μορίου πρωτεΐνης που καθορίζει τις ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης και τη χωρική του διαμόρφωση. Η αντικατάσταση μόνο ενός αμινοξέος με ένα άλλο σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα οδηγεί σε αλλαγή στις ιδιότητες και τις λειτουργίες της πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, η αντικατάσταση του έκτου γλουταμινικού αμινοξέος στη β-υπομονάδα της αιμοσφαιρίνης με βαλίνη οδηγεί στο γεγονός ότι το μόριο της αιμοσφαιρίνης στο σύνολό του δεν μπορεί να εκτελέσει την κύρια λειτουργία του - μεταφορά οξυγόνου. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το άτομο αναπτύσσει μια ασθένεια που ονομάζεται δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Δευτερεύουσα δομή- διατεταγμένη αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε μια σπείρα (μοιάζει με εκτεταμένο ελατήριο). Οι στροφές της έλικας ενισχύονται από δεσμούς υδρογόνου που προκύπτουν μεταξύ καρβοξυλομάδων και αμινομάδων. Σχεδόν όλες οι ομάδες CO και NH συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμών υδρογόνου. Είναι πιο αδύναμα από τα πεπτιδικά, αλλά, επαναλαμβανόμενα πολλές φορές, προσδίδουν σταθερότητα και ακαμψία σε αυτή τη διαμόρφωση. Στο επίπεδο της δευτερογενούς δομής, υπάρχουν πρωτεΐνες: ινώδες (μετάξι, ιστός αράχνης), κερατίνη (μαλλιά, νύχια), κολλαγόνο (τένοντες).

Τριτογενής δομή- συσσώρευση πολυπεπτιδικών αλυσίδων σε σφαιρίδια που προκύπτουν από την εμφάνιση χημικοί δεσμοί(υδρογόνο, ιοντικό, δισουλφίδιο) και την καθιέρωση υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων μεταξύ ριζών υπολειμμάτων αμινοξέων. Τον κύριο ρόλο στο σχηματισμό της τριτογενούς δομής παίζουν οι υδρόφιλες-υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Σε υδατικά διαλύματα, οι υδρόφοβες ρίζες τείνουν να κρύβονται από το νερό, ομαδοποιούνται μέσα στο σφαιρίδιο, ενώ οι υδρόφιλες ρίζες, ως αποτέλεσμα της ενυδάτωσης (αλληλεπίδραση με δίπολα νερού), τείνουν να εμφανίζονται στην επιφάνεια του μορίου. Σε ορισμένες πρωτεΐνες, η τριτοταγής δομή σταθεροποιείται από δισουλφιδικούς ομοιοπολικούς δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων θείου δύο υπολειμμάτων κυστεΐνης. Σε επίπεδο τριτογενούς δομής υπάρχουν ένζυμα, αντισώματα και ορισμένες ορμόνες.

Τεταρτογενής δομήχαρακτηριστικό των σύνθετων πρωτεϊνών των οποίων τα μόρια σχηματίζονται από δύο ή περισσότερα σφαιρίδια. Οι υπομονάδες διατηρούνται στο μόριο με ιοντικές, υδρόφοβες και ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις. Μερικές φορές, κατά το σχηματισμό μιας τεταρτοταγούς δομής, εμφανίζονται δισουλφιδικοί δεσμοί μεταξύ των υπομονάδων. Η πιο μελετημένη πρωτεΐνη με τεταρτοταγή δομή είναι αιμοσφαιρίνη. Σχηματίζεται από δύο α-υπομονάδες (141 υπολείμματα αμινοξέων) και δύο β-υπομονάδες (146 υπολείμματα αμινοξέων). Με κάθε υπομονάδα συνδέεται ένα μόριο αίμης που περιέχει σίδηρο.

Εάν για κάποιο λόγο η χωρική διαμόρφωση των πρωτεϊνών αποκλίνει από το φυσιολογικό, η πρωτεΐνη δεν μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες της. Για παράδειγμα, η αιτία της «νόσος των τρελών αγελάδων» (σπογγώδης εγκεφαλοπάθεια) είναι η ανώμαλη διαμόρφωση των πριόντων, των επιφανειακών πρωτεϊνών των νευρικών κυττάρων.

Ιδιότητες πρωτεϊνών

Η σύνθεση και η δομή των αμινοξέων του μορίου της πρωτεΐνης το καθορίζουν ιδιότητες. Οι πρωτεΐνες συνδυάζουν βασικές και όξινες ιδιότητες, που καθορίζονται από τις ρίζες αμινοξέων: όσο περισσότερα όξινα αμινοξέα σε μια πρωτεΐνη, τόσο πιο έντονες είναι οι όξινες ιδιότητες της. Καθορίζεται η δυνατότητα δωρεάς και προσθήκης H+ ρυθμιστικές ιδιότητες των πρωτεϊνών; Ένα από τα πιο ισχυρά ρυθμιστικά διαλύματα είναι η αιμοσφαιρίνη στα ερυθρά αιμοσφαίρια, η οποία διατηρεί το pH του αίματος σε σταθερό επίπεδο. Υπάρχουν διαλυτές πρωτεΐνες (ινωδογόνο), και υπάρχουν αδιάλυτες πρωτεΐνες που εκτελούν μηχανικές λειτουργίες (ινώδες, κερατίνη, κολλαγόνο). Υπάρχουν πρωτεΐνες που είναι χημικά ενεργές (ένζυμα), υπάρχουν χημικά ανενεργές πρωτεΐνες που είναι ανθεκτικές σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες και αυτές που είναι εξαιρετικά ασταθείς.

Εξωτερικοί παράγοντες (θερμότητα, υπεριώδης ακτινοβολία, βαριά μέταλλακαι τα άλατά τους, αλλαγές pH, ακτινοβολία, αφυδάτωση)

μπορεί να προκαλέσει διαταραχή της δομικής οργάνωσης του μορίου της πρωτεΐνης. Η διαδικασία απώλειας της τρισδιάστατης διαμόρφωσης που είναι εγγενής σε ένα δεδομένο μόριο πρωτεΐνης ονομάζεται μετουσίωση. Η αιτία της μετουσίωσης είναι το σπάσιμο των δεσμών που σταθεροποιούν μια ορισμένη δομή πρωτεΐνης. Αρχικά σπάνε οι πιο αδύναμοι δεσμοί και όσο οι συνθήκες γίνονται πιο αυστηρές, σπάνε ακόμα πιο δυνατοί. Επομένως, χάνονται πρώτα οι τεταρτοταγείς, μετά οι τριτογενείς και δευτερεύουσες δομές. Μια αλλαγή στη χωρική διαμόρφωση οδηγεί σε αλλαγή των ιδιοτήτων της πρωτεΐνης και, ως αποτέλεσμα, καθιστά αδύνατη για την πρωτεΐνη να εκτελέσει τις εγγενείς βιολογικές της λειτουργίες. Εάν η μετουσίωση δεν συνοδεύεται από καταστροφή της πρωτογενούς δομής, τότε μπορεί να είναι αναστρεπτός, σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνει χώρα αυτο-ανάκτηση του χαρακτηριστικού της διαμόρφωσης της πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες υποδοχέα της μεμβράνης υφίστανται τέτοια μετουσίωση. Η διαδικασία αποκατάστασης της δομής της πρωτεΐνης μετά τη μετουσίωση ονομάζεται αναγέννηση. Εάν η αποκατάσταση της χωρικής διαμόρφωσης της πρωτεΐνης είναι αδύνατη, τότε ονομάζεται μετουσίωση μη αναστρεψιμο.

Λειτουργίες πρωτεϊνών

Λειτουργία	Παραδείγματα και εξηγήσεις
Κατασκευή	Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στο σχηματισμό κυτταρικών και εξωκυτταρικών δομών: αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών (λιποπρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες), των μαλλιών (κερατίνη), των τενόντων (κολλαγόνο) κ.λπ.
Μεταφορά	Η πρωτεΐνη του αίματος αιμοσφαιρίνη προσδίδει οξυγόνο και το μεταφέρει από τους πνεύμονες σε όλους τους ιστούς και τα όργανα και από αυτούς μεταφέρει διοξείδιο του άνθρακα στους πνεύμονες. Η σύνθεση των κυτταρικών μεμβρανών περιλαμβάνει ειδικές πρωτεΐνες που εξασφαλίζουν την ενεργό και αυστηρά επιλεκτική μεταφορά ορισμένων ουσιών και ιόντων από το κύτταρο στο εξωτερικό περιβάλλον και πίσω.
Ρυθμιστική	Οι πρωτεϊνικές ορμόνες συμμετέχουν στη ρύθμιση των μεταβολικών διεργασιών. Για παράδειγμα, η ορμόνη ινσουλίνη ρυθμίζει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, προάγει τη σύνθεση γλυκογόνου και αυξάνει τον σχηματισμό λιπών από υδατάνθρακες.
Προστατευτικός	Ως απάντηση στη διείσδυση ξένων πρωτεϊνών ή μικροοργανισμών (αντιγόνων) στο σώμα, σχηματίζονται ειδικές πρωτεΐνες - αντισώματα που μπορούν να τις δεσμεύσουν και να τις εξουδετερώσουν. Το ινώδες, που σχηματίζεται από ινωδογόνο, βοηθά στη διακοπή της αιμορραγίας.
Μοτέρ	Οι συσταλτικές πρωτεΐνες ακτίνη και μυοσίνη παρέχουν μυϊκή σύσπαση σε πολυκύτταρα ζώα.
Σήμα	Στην επιφανειακή μεμβράνη του κυττάρου είναι ενσωματωμένα μόρια πρωτεΐνης που είναι ικανά να αλλάζουν την τριτοταγή δομή τους ως απόκριση σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, λαμβάνοντας έτσι σήματα από το εξωτερικό περιβάλλον και μεταδίδοντας εντολές στο κύτταρο.
Αποθήκευση	Στο σώμα των ζώων, οι πρωτεΐνες, κατά κανόνα, δεν αποθηκεύονται, με εξαίρεση την αλβουμίνη αυγού και την καζεΐνη γάλακτος. Αλλά χάρη στις πρωτεΐνες, ορισμένες ουσίες μπορούν να αποθηκευτούν στο σώμα· για παράδειγμα, κατά τη διάσπαση της αιμοσφαιρίνης, ο σίδηρος δεν απομακρύνεται από το σώμα, αλλά αποθηκεύεται, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα με την πρωτεΐνη φερριτίνη.
Ενέργεια	Όταν 1 g πρωτεΐνης διασπάται σε τελικά προϊόντα, απελευθερώνονται 17,6 kJ. Πρώτα, οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα και στη συνέχεια στα τελικά προϊόντα - νερό, διοξείδιο του άνθρακα και αμμωνία. Ωστόσο, οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας μόνο όταν εξαντληθούν άλλες πηγές (υδατάνθρακες και λίπη).
Καταλυτικός	Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες των πρωτεϊνών. Παρέχεται από πρωτεΐνες - ένζυμα που επιταχύνουν τις βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα κύτταρα. Για παράδειγμα, η διφωσφορική καρβοξυλάση της ριβουλόζης καταλύει τη στερέωση του CO 2 κατά τη φωτοσύνθεση.

Ένζυμα

Ένζυμα, ή ένζυμα, είναι μια ειδική κατηγορία πρωτεϊνών που είναι βιολογικοί καταλύτες. Χάρη στα ένζυμα, οι βιοχημικές αντιδράσεις συμβαίνουν με τρομερή ταχύτητα. Η ταχύτητα των ενζυματικών αντιδράσεων είναι δεκάδες χιλιάδες φορές (και μερικές φορές εκατομμύρια) μεγαλύτερη από την ταχύτητα των αντιδράσεων που συμβαίνουν με τη συμμετοχή ανόργανων καταλυτών. Η ουσία στην οποία δρα το ένζυμο ονομάζεται υπόστρωμα.

Τα ένζυμα είναι σφαιρικές πρωτεΐνες, δομικά χαρακτηριστικάΤα ένζυμα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: απλά και σύνθετα. Απλά ένζυμαείναι απλές πρωτεΐνες, δηλ. αποτελείται μόνο από αμινοξέα. Σύνθετα ένζυμαείναι σύνθετες πρωτεΐνες, δηλ. Εκτός από το μέρος της πρωτεΐνης, περιέχουν μια ομάδα μη πρωτεϊνικής φύσης - συμπαράγοντας. Ορισμένα ένζυμα χρησιμοποιούν βιταμίνες ως συμπαράγοντες. Το μόριο του ενζύμου περιέχει ένα ειδικό τμήμα που ονομάζεται ενεργό κέντρο. Ενεργό κέντρο- ένα μικρό τμήμα του ενζύμου (από τρία έως δώδεκα υπολείμματα αμινοξέων), όπου η δέσμευση του υποστρώματος ή των υποστρωμάτων λαμβάνει χώρα για να σχηματίσει ένα σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος. Με την ολοκλήρωση της αντίδρασης, το σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος διασπάται στο ένζυμο και στο προϊόν(α) της αντίδρασης. Ορισμένα ένζυμα έχουν (εκτός από τα ενεργά) αλλοστερικά κέντρα- περιοχές στις οποίες είναι συνδεδεμένοι ρυθμιστές ταχύτητας ενζύμου ( αλλοστερικά ένζυμα).

Οι αντιδράσεις της ενζυματικής κατάλυσης χαρακτηρίζονται από: 1) υψηλή απόδοση, 2) αυστηρή επιλεκτικότητα και κατεύθυνση δράσης, 3) ειδικότητα υποστρώματος, 4) λεπτή και ακριβή ρύθμιση. Η εξειδίκευση του υποστρώματος και της αντίδρασης των αντιδράσεων ενζυματικής κατάλυσης εξηγείται από τις υποθέσεις των E. Fischer (1890) και D. Koshland (1959).

E. Fisher (υπόθεση κλειδώματος κλειδιού)πρότεινε ότι οι χωρικές διαμορφώσεις του ενεργού κέντρου του ενζύμου και του υποστρώματος πρέπει να αντιστοιχούν ακριβώς μεταξύ τους. Το υπόστρωμα συγκρίνεται με το «κλειδί», το ένζυμο με το «κλείδωμα».

D. Koshland (υπόθεση για το χέρι-γάντι)πρότεινε ότι η χωρική αντιστοιχία μεταξύ της δομής του υποστρώματος και του ενεργού κέντρου του ενζύμου δημιουργείται μόνο τη στιγμή της αλληλεπίδρασής τους μεταξύ τους. Αυτή η υπόθεση ονομάζεται επίσης υπόθεση επαγόμενης αντιστοιχίας.

Ο ρυθμός των ενζυματικών αντιδράσεων εξαρτάται από: 1) θερμοκρασία, 2) συγκέντρωση ενζύμου, 3) συγκέντρωση υποστρώματος, 4) pH. Πρέπει να τονιστεί ότι εφόσον τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, η δραστηριότητά τους είναι υψηλότερη όταν είναι φυσιολογικά φυσιολογικές συνθήκες.

Τα περισσότερα ένζυμα μπορούν να λειτουργήσουν μόνο σε θερμοκρασίες μεταξύ 0 και 40°C. Εντός αυτών των ορίων, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται περίπου 2 φορές με κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C. Σε θερμοκρασίες άνω των 40 °C, η πρωτεΐνη υφίσταται μετουσίωση και η ενζυμική δραστηριότητα μειώνεται. Σε θερμοκρασίες κοντά στην κατάψυξη, τα ένζυμα αδρανοποιούνται.

Καθώς η ποσότητα του υποστρώματος αυξάνεται, ο ρυθμός της ενζυματικής αντίδρασης αυξάνεται έως ότου ο αριθμός των μορίων του υποστρώματος ισούται με τον αριθμό των μορίων του ενζύμου. Με περαιτέρω αύξηση της ποσότητας του υποστρώματος, η ταχύτητα δεν θα αυξηθεί, αφού τα ενεργά κέντρα του ενζύμου είναι κορεσμένα. Η αύξηση της συγκέντρωσης του ενζύμου οδηγεί σε αυξημένη καταλυτική δραστηριότητα, καθώς ένας μεγαλύτερος αριθμός μορίων υποστρώματος υφίσταται μετασχηματισμούς ανά μονάδα χρόνου.

Για κάθε ένζυμο, υπάρχει μια βέλτιστη τιμή pH στην οποία εμφανίζει μέγιστη δραστικότητα (πεψίνη - 2,0, αμυλάση σιέλου - 6,8, παγκρεατική λιπάση - 9,0). Σε υψηλότερες ή χαμηλότερες τιμές pH, η ενζυμική δραστηριότητα μειώνεται. Με ξαφνικές αλλαγές στο pH, το ένζυμο μετουσιώνεται.

Η ταχύτητα των αλλοστερικών ενζύμων ρυθμίζεται από ουσίες που συνδέονται με αλλοστερικά κέντρα. Εάν αυτές οι ουσίες επιταχύνουν μια αντίδραση, ονομάζονται ενεργοποιητές, αν επιβραδύνουν - αναστολείς.

Ταξινόμηση ενζύμων

Σύμφωνα με τον τύπο των χημικών μετασχηματισμών που καταλύουν, τα ένζυμα χωρίζονται σε 6 κατηγορίες:

1. οξειρεδουκτάσες(μεταφορά ατόμων υδρογόνου, οξυγόνου ή ηλεκτρονίων από τη μια ουσία στην άλλη - αφυδρογονάση),
2. τρανσφεράσες(μεταφορά μεθυλίου, ακυλίου, φωσφορικού ή αμινομάδας από τη μια ουσία στην άλλη - τρανσαμινάση),
3. υδρολάσες(αντιδράσεις υδρόλυσης στις οποίες σχηματίζονται δύο προϊόντα από το υπόστρωμα - αμυλάση, λιπάση),
4. λυάσες(μη υδρολυτική προσθήκη στο υπόστρωμα ή αποκόλληση μιας ομάδας ατόμων από αυτό, οπότε οι δεσμοί C-C, C-N, C-O, C-S μπορούν να σπάσουν - αποκαρβοξυλάση),
5. ισομεράσες(ενδομοριακή αναδιάταξη - ισομεράση),
6. λιγάσες(η σύνδεση δύο μορίων ως αποτέλεσμα του σχηματισμού Συνδέσεις C-C, C-N, C-O, C-S - συνθετάση).

Οι κλάσεις με τη σειρά τους υποδιαιρούνται σε υποκατηγορίες και υποκατηγορίες. Στο ρεύμα διεθνή ταξινόμησηΚάθε ένζυμο έχει έναν συγκεκριμένο κωδικό, που αποτελείται από τέσσερις αριθμούς που χωρίζονται με τελείες. Ο πρώτος αριθμός είναι μια κλάση, ο δεύτερος είναι μια υποκλάση, ο τρίτος είναι μια υποκλάση, ο τέταρτος είναι σειριακός αριθμόςένζυμο σε αυτήν την υποκατηγορία, για παράδειγμα, ο κωδικός αργινάσης είναι 3.5.3.1.

Παω σε διαλέξεις Νο 2"Δομή και λειτουργίες υδατανθράκων και λιπιδίων"

Παω σε διαλέξεις Νο 4«Δομή και λειτουργίες νουκλεϊκά οξέα ATP"

Σύντομη περιγραφή:

Τεμάχιο σχολικού βιβλίου: Βιολογική χημεία με ασκήσεις και εργασίες: σχολικό βιβλίο / εκδ. Αντεπιστέλλο μέλος RAMS S.E. Σεβερίνα. Μ.: GEOTAR-Media, 2011. - 624 σελ.: ill. ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΔΟΜΗ, ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΔΟΜΗ, ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

Δομή ενότητας	Θέματα
Αρθρωτή μονάδα 1	1.1. Δομική οργάνωση πρωτεϊνών. Στάδια σχηματισμού φυσικής πρωτεϊνικής διαμόρφωσης 1.2. Βασικά στοιχεία της πρωτεϊνικής λειτουργίας. Φάρμακα ως συνδέτες που επηρεάζουν τη λειτουργία των πρωτεϊνών 1.3. Μετουσίωσης πρωτεϊνών και δυνατότητα αυθόρμητης ανανέωσής τους
Αρθρωτή μονάδα 2	1.4. Χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας των ολιγομερών πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της αιμοσφαιρίνης 1.5. Διατήρηση της φυσικής πρωτεϊνικής διαμόρφωσης υπό κυτταρικές συνθήκες 1.6. Ποικιλία πρωτεϊνών. Οικογένειες πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των ανοσοσφαιρινών 1.7. Φυσικοχημικές ιδιότητες πρωτεϊνών και μέθοδοι διαχωρισμού τους

Αρθρωτή ενότητα 1 ΔΟΜΙΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΟΜΕΡΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΚΑΙ ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥΣ

Μαθησιακοί στόχοι Να είναι σε θέση:

1. Χρησιμοποιήστε τη γνώση σχετικά με τα δομικά χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών και την εξάρτηση των πρωτεϊνικών λειτουργιών από τη δομή τους για να κατανοήσετε τους μηχανισμούς ανάπτυξης κληρονομικών και επίκτητων πρωτεϊνοπαθειών.

2. Εξηγήστε τους μηχανισμούς της θεραπευτικής δράσης ορισμένων φαρμάκων ως συνδετών που αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες και αλλάζουν τη δραστηριότητά τους.

3. Χρησιμοποιήστε τη γνώση σχετικά με τη δομή και τη διαμορφωτική αστάθεια των πρωτεϊνών για να κατανοήσετε τη δομική και λειτουργική αστάθεια και την τάση τους για μετουσίωση υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες.

4. Εξηγήστε τη χρήση μετουσιωτικών παραγόντων ως μέσων για την αποστείρωση ιατρικών υλικών και εργαλείων, καθώς και ως αντισηπτικών.

Ξέρω:

1. Επίπεδα δομικής οργάνωσης πρωτεϊνών.

2. Η σημασία της πρωτογενούς δομής των πρωτεϊνών, η οποία καθορίζει τη δομική και λειτουργική ποικιλομορφία τους.

3. Ο μηχανισμός σχηματισμού του ενεργού κέντρου στις πρωτεΐνες και η ειδική αλληλεπίδρασή του με τον συνδέτη, που αποτελεί τη βάση της λειτουργίας των πρωτεϊνών.

4. Παραδείγματα της επίδρασης εξωγενών προσδεμάτων (φάρμακα, τοξίνες, δηλητήρια) στη διαμόρφωση και λειτουργική δραστηριότητα των πρωτεϊνών.

5. Αιτίες και συνέπειες μετουσίωσης πρωτεΐνης, παράγοντες που προκαλούν μετουσίωση.

6. Παραδείγματα χρήσης μετουσιωτικών παραγόντων στην ιατρική ως αντισηπτικά και μέσα για την αποστείρωση ιατρικών εργαλείων.

ΘΕΜΑ 1.1. ΔΟΜΙΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ. ΣΤΑΔΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΕΓΤΘΕΝΗΣ

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ

σκίουροι - αυτά είναι ετεροπολυμερή μόρια (δηλαδή που αποτελείται από μια ποικιλία μονομερών). Τα μονομερή πρωτεΐνης είναι 20 τύποι α-αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς.

Το σύνολο και η σειρά συνδυασμού των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη καθορίζεται από τη δομή των αντίστοιχων γονιδίων στο DNA των ατόμων. Κάθε πρωτεΐνη, σύμφωνα με τη συγκεκριμένη δομή της, επιτελεί τη δική της λειτουργία. Το σύνολο των πρωτεϊνών ενός δεδομένου οργανισμού ( πρωτεόμα) καθορίζει τα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά του, καθώς και την παρουσία κληρονομικών ασθενειών ή προδιάθεση για την ανάπτυξή τους.

1. Αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες. Πεπτιδικός δεσμός.

Οι πρωτεΐνες είναι ετεροπολυμερή κατασκευασμένα από μονομερή - 20 α-αμινοξέα.

Ο γενικός τύπος των αμινοξέων παρουσιάζεται παρακάτω.

Τα αμινοξέα διαφέρουν ως προς τη δομή, το μέγεθος και τις φυσικοχημικές ιδιότητες των ριζών που συνδέονται με το άτομο α-άνθρακα. Οι λειτουργικές ομάδες αμινοξέων καθορίζουν τα χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων των διαφορετικών α-αμινοξέων. Οι ρίζες που βρίσκονται στα α-αμινοξέα μπορούν να χωριστούν σε διάφορες ομάδες:

Προλίνη,Σε αντίθεση με τα άλλα 19 μονομερή πρωτεΐνης, δεν είναι αμινοξύ, αλλά ιμινοξύ· η ρίζα στην προλίνη σχετίζεται τόσο με το άτομο α-άνθρακα όσο και με την ιμινο ομάδα

Τα αμινοξέα ποικίλλουν ως προς τη διαλυτότητα στο νερό.Αυτό οφείλεται στην ικανότητα των ριζών να αλληλεπιδρούν με το νερό (ένυδρο).

ΠΡΟΣ ΤΗΝ υδρόφιλοςπεριλαμβάνουν ρίζες που περιέχουν ανιονικές, κατιονικές και πολικές αφόρτιστες λειτουργικές ομάδες.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ υδροφόβοςπεριλαμβάνουν ρίζες που περιέχουν μεθυλομάδες, αλειφατικές αλυσίδες ή δακτυλίους.

2. Οι πεπτιδικοί δεσμοί συνδέουν αμινοξέα για να σχηματίσουν πεπτίδια.Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης πεπτιδίων, η α-καρβοξυλική ομάδα ενός αμινοξέος αλληλεπιδρά με την α-αμινο ομάδα ενός άλλου αμινοξέος για να σχηματιστεί πεπτιδικός δεσμός:

Οι πρωτεΐνες είναι πολυπεπτίδια, δηλ. γραμμικά πολυμερή α-αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικό δεσμό (Εικ. 1.1.)

Ρύζι. 1.1. Όροι που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της δομής των πεπτιδίων

Τα μονομερή των αμινοξέων που αποτελούν τα πολυπεπτίδια ονομάζονται υπολείμματα αμινοξέων.Μια αλυσίδα επαναλαμβανόμενων ομάδων - NH-CH-CO- έντυπα πεπτιδική ραχοκοκαλιά.Ένα υπόλειμμα αμινοξέος που έχει μια ελεύθερη α-αμινο ομάδα ονομάζεται Ν-τελική και ένα που έχει μια ελεύθερη α-καρβοξυλική ομάδα ονομάζεται C-τελική. Τα πεπτίδια γράφονται και διαβάζονται από το Ν-άκρο στο C-άκρο.

Ο πεπτιδικός δεσμός που σχηματίζεται από την ιμινο ομάδα της προλίνης διαφέρει από άλλους πεπτιδικούς δεσμούς: το άτομο αζώτου της πεπτιδικής ομάδας στερείται υδρογόνου,

Αντίθετα, υπάρχει ένας δεσμός με μια ρίζα, ως αποτέλεσμα του οποίου η μία πλευρά του δακτυλίου περιλαμβάνεται στη ραχοκοκαλιά του πεπτιδίου:

Τα πεπτίδια διαφέρουν ως προς τη σύνθεση αμινοξέων, τον αριθμό των αμινοξέων και τη σειρά σύνδεσης αμινοξέων, για παράδειγμα, τα Ser-Ala-Glu-Gis και His-Glu-Ala-Ser είναι δύο διαφορετικά πεπτίδια.

Οι πεπτιδικοί δεσμοί είναι πολύ ισχυροί και η χημική τους μη ενζυματική υδρόλυση απαιτεί αυστηρές συνθήκες: η αναλυόμενη πρωτεΐνη υδρολύεται σε συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύσε θερμοκρασία περίπου 110° για 24 ώρες. Σε ζωντανό κελί πεπτιδικούς δεσμούςμπορεί να σχιστεί από πρωτεολυτικά ένζυμα,που ονομάζεται πρωτεάσεςή πεπτιδικές υδρολάσες.

3. Πρωτογενής δομή πρωτεϊνών.Τα υπολείμματα αμινοξέων στις πεπτιδικές αλυσίδες διαφορετικών πρωτεϊνών δεν εναλλάσσονται τυχαία, αλλά είναι διατεταγμένα με μια συγκεκριμένη σειρά. Η γραμμική αλληλουχία ή σειρά εναλλαγής των υπολειμμάτων αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα ονομάζεται πρωτογενής δομή της πρωτεΐνης.

Η πρωτογενής δομή κάθε μεμονωμένης πρωτεΐνης κωδικοποιείται στο μόριο DNA (σε μια περιοχή που ονομάζεται γονίδιο) και πραγματοποιείται κατά τη μεταγραφή (αντιγραφή πληροφοριών σε mRNA) και τη μετάφραση (σύνθεση της πρωτογενούς δομής της πρωτεΐνης). Κατά συνέπεια, η πρωταρχική δομή των πρωτεϊνών ενός μεμονωμένου ατόμου είναι πληροφορίες που μεταδίδονται κληρονομικά από τους γονείς στα παιδιά, οι οποίες καθορίζουν τα δομικά χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών ενός δεδομένου οργανισμού, από τα οποία εξαρτάται η λειτουργία των υπαρχουσών πρωτεϊνών (Εικ. 1.2.).

Ρύζι. 1.2. Η σχέση μεταξύ του γονότυπου και της διαμόρφωσης των πρωτεϊνών που συντίθενται στο σώμα του ατόμου

Κάθε μία από τις περίπου 100.000 μεμονωμένες πρωτεΐνες στο ανθρώπινο σώμα έχει μοναδικόςπρωτογενής δομή. Τα μόρια του ίδιου τύπου πρωτεΐνης (για παράδειγμα, λευκωματίνη) έχουν την ίδια εναλλαγή υπολειμμάτων αμινοξέων, γεγονός που διακρίνει τη λευκωματίνη από οποιαδήποτε άλλη μεμονωμένη πρωτεΐνη.

Η αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων σε μια πεπτιδική αλυσίδα μπορεί να θεωρηθεί μια μορφή καταγραφής πληροφοριών. Αυτές οι πληροφορίες καθορίζουν τη χωρική διάταξη της γραμμικής πεπτιδικής αλυσίδας σε μια πιο συμπαγή τρισδιάστατη δομή που ονομάζεται διαμόρφωσησκίουρος. Η διαδικασία σχηματισμού μιας λειτουργικά ενεργής πρωτεϊνικής διαμόρφωσης ονομάζεται πτυσσόμενος

4. Διαμόρφωση πρωτεΐνης.Η ελεύθερη περιστροφή στη ραχοκοκαλιά του πεπτιδίου είναι δυνατή μεταξύ του ατόμου αζώτου της πεπτιδικής ομάδας και του γειτονικού ατόμου α-άνθρακα, καθώς και μεταξύ του α-ατόμου άνθρακα και του άνθρακα της ομάδας καρβονυλίου. Λόγω της αλληλεπίδρασης λειτουργικών ομάδων υπολειμμάτων αμινοξέων, η πρωτογενής δομή των πρωτεϊνών μπορεί να αποκτήσει πιο πολύπλοκες χωρικές δομές. Στις σφαιρικές πρωτεΐνες, υπάρχουν δύο κύρια επίπεδα αναδίπλωσης της διαμόρφωσης των πεπτιδικών αλυσίδων: δευτερεύωνΚαι τριτογενής δομή.

Δευτερεύουσα δομή πρωτεϊνώνείναι μια χωρική δομή που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ των λειτουργικών ομάδων -C=O και -NH- της πεπτιδικής ραχοκοκαλιάς. Σε αυτή την περίπτωση, η πεπτιδική αλυσίδα μπορεί να αποκτήσει κανονικές δομές δύο τύπων: α-έλικεςΚαι β-δομές.

ΣΕ α-έλικεςΣχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του ατόμου οξυγόνου της καρβονυλικής ομάδας και του υδρογόνου του αμιδικού αζώτου του 4ου αμινοξέος από αυτό. πλευρικές αλυσίδες υπολειμμάτων αμινοξέων

βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας της σπείρας, χωρίς να συμμετέχουν στο σχηματισμό της δευτερεύουσας δομής (Εικ. 1.3.).

Οι μαζικές ρίζες, ή ρίζες που φέρουν ίσα φορτία, εμποδίζουν το σχηματισμό μιας α-έλικας. Το υπόλειμμα προλίνης, που έχει δομή δακτυλίου, διακόπτει την α-έλικα, αφού λόγω της έλλειψης υδρογόνου στο άτομο αζώτου στην πεπτιδική αλυσίδα είναι αδύνατο να σχηματιστεί δεσμός υδρογόνου. Ο δεσμός μεταξύ αζώτου και ατόμου άνθρακα είναι μέρος του δακτυλίου προλίνης, έτσι η ραχοκοκαλιά του πεπτιδίου κάμπτεται σε αυτό το σημείο.

β-Δομήσχηματίζεται μεταξύ των γραμμικών περιοχών της πεπτιδικής ραχοκοκαλιάς μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας, σχηματίζοντας έτσι διπλωμένες δομές. Μπορούν να σχηματιστούν πολυπεπτιδικές αλυσίδες ή μέρη τους παράλληλοή αντιπαράλληλες β-δομές.Στην πρώτη περίπτωση, τα Ν- και C-άκρα των αλληλεπιδρώντων πεπτιδικών αλυσίδων συμπίπτουν και στη δεύτερη έχουν την αντίθετη κατεύθυνση (Εικ. 1.4).

Ρύζι. 1.3. Δευτερεύουσα δομή πρωτεΐνης - α-έλικα

Ρύζι. 1.4. Παράλληλες και αντιπαράλληλες δομές β-φύλλων

Οι β-δομές υποδεικνύονται με φαρδιά βέλη: A - Αντιπαράλληλη β-δομή. Β - Παράλληλες δομές β-φύλλων

Σε ορισμένες πρωτεΐνες, οι β-δομές μπορούν να σχηματιστούν λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ ατόμων της πεπτιδικής ραχοκοκαλιάς διαφορετικών πολυπεπτιδικών αλυσίδων.

Βρίσκεται επίσης σε πρωτεΐνες περιοχές με ακανόνιστες δευτερεύουσεςδομή, η οποία περιλαμβάνει κάμψεις, βρόχους και στροφές της ραχοκοκαλιάς του πολυπεπτιδίου. Συχνά βρίσκονται σε μέρη όπου αλλάζει η κατεύθυνση της πεπτιδικής αλυσίδας, για παράδειγμα, όταν σχηματίζεται μια παράλληλη δομή β-φύλλου.

Με βάση την παρουσία α-έλικων και β-δομών, οι σφαιρικές πρωτεΐνες μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες.

Ρύζι. 1.5. Δευτερεύουσα δομή της μυοσφαιρίνης (Α) και της β-αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης (Β), που περιέχει οκτώ α-έλικες

Ρύζι. 1.6. Δευτερογενής δομή της ισομεράσης της τριοσοφωσφορικής και της περιοχής πυροσταφυλικής κινάσης

Ρύζι. 1.7. Δευτερογενής δομή της σταθερής περιοχής της ανοσοσφαιρίνης (Α) και του ενζύμου υπεροξειδίου δισμουτάση (Β)

ΣΕ τέταρτη κατηγορίαπεριελάμβανε πρωτεΐνες που περιέχουν μια μικρή ποσότητα κανονικών δευτερογενών δομών. Αυτές οι πρωτεΐνες περιλαμβάνουν μικρές πρωτεΐνες πλούσιες σε κυστεΐνη ή μεταλλοπρωτεΐνες.

Τριτοταγής δομή πρωτεΐνης- ένας τύπος διαμόρφωσης που σχηματίζεται λόγω αλληλεπιδράσεων μεταξύ ριζών αμινοξέων, οι οποίες μπορούν να βρίσκονται σε σημαντική απόσταση μεταξύ τους στην πεπτιδική αλυσίδα. Οι περισσότερες πρωτεΐνες σχηματίζουν μια χωρική δομή που μοιάζει με σφαιρίδιο (σφαιρικές πρωτεΐνες).

Δεδομένου ότι οι υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων τείνουν να συνδυάζονται μέσω των λεγόμενων υδρόφοβες αλληλεπιδράσειςκαι διαμοριακές δυνάμεις van der Waals, σχηματίζεται ένας πυκνός υδρόφοβος πυρήνας μέσα στο πρωτεϊνικό σφαιρίδιο. Οι υδρόφιλες ιονισμένες και μη ιονισμένες ρίζες βρίσκονται κυρίως στην επιφάνεια της πρωτεΐνης και καθορίζουν τη διαλυτότητά της στο νερό.

Ρύζι. 1.8. Τύποι δεσμών που προκύπτουν μεταξύ των ριζών αμινοξέων κατά τον σχηματισμό της τριτοταγούς δομής μιας πρωτεΐνης

1 - ιοντικός δεσμός- εμφανίζεται μεταξύ θετικά και αρνητικά φορτισμένες λειτουργικές ομάδες.

2 - δεσμός υδρογόνου- εμφανίζεται μεταξύ μιας υδρόφιλης μη φορτισμένης ομάδας και οποιασδήποτε άλλης υδρόφιλης ομάδας.

3 - υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις- προκύπτουν μεταξύ υδρόφοβων ριζών.

4 - δισουλφιδικός δεσμός- σχηματίζεται λόγω της οξείδωσης των ομάδων SH υπολειμμάτων κυστεΐνης και της αλληλεπίδρασής τους μεταξύ τους

Τα υδρόφιλα υπολείμματα αμινοξέων που βρίσκονται μέσα στον υδρόφοβο πυρήνα μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ιωνικόςΚαι δεσμούς υδρογόνου(Εικ. 1.8).

Οι ιοντικοί δεσμοί και οι δεσμοί υδρογόνου, καθώς και οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις, είναι ασθενείς: η ενέργειά τους δεν είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια της θερμικής κίνησης των μορίων σε θερμοκρασία δωματίου. Η διαμόρφωση της πρωτεΐνης διατηρείται με το σχηματισμό πολλών τέτοιων αδύναμων δεσμών. Δεδομένου ότι τα άτομα που συνθέτουν μια πρωτεΐνη βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, είναι δυνατό να σπάσουν ορισμένοι ασθενείς δεσμοί και να σχηματιστούν άλλοι, γεγονός που οδηγεί σε ελαφρές μετακινήσεις μεμονωμένων τμημάτων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Αυτή η ιδιότητα των πρωτεϊνών να αλλάζουν τη διαμόρφωση ως αποτέλεσμα της διάσπασης ορισμένων και του σχηματισμού άλλων αδύναμων δεσμών ονομάζεται διαμορφωτική αστάθεια.

Το ανθρώπινο σώμα έχει συστήματα που υποστηρίζουν ομοιοσταση- συνέπεια εσωτερικό περιβάλλονεντός ορισμένων αποδεκτών ορίων για ένα υγιές σώμα. Υπό συνθήκες ομοιόστασης, μικρές αλλαγές στη διαμόρφωση δεν διαταράσσουν τη συνολική δομή και λειτουργία των πρωτεϊνών. Η λειτουργικά ενεργή διαμόρφωση μιας πρωτεΐνης ονομάζεται εγγενής διαμόρφωση.Αλλαγές στο εσωτερικό περιβάλλον (για παράδειγμα, η συγκέντρωση γλυκόζης, ιόντων Ca, πρωτονίων κ.λπ.) οδηγούν σε αλλαγές στη διαμόρφωση και διαταραχή των πρωτεϊνικών λειτουργιών.

Η τριτοταγής δομή ορισμένων πρωτεϊνών σταθεροποιείται δισουλφιδικούς δεσμούς,που σχηματίζεται λόγω της αλληλεπίδρασης των ομάδων -SH δύο υπολειμμάτων

Ρύζι. 1.9. Σχηματισμός δισουλφιδικού δεσμού σε μόριο πρωτεΐνης

κυστεΐνη (Εικ. 1.9). Οι περισσότερες ενδοκυτταρικές πρωτεΐνες δεν έχουν ομοιοπολικούς δισουλφιδικούς δεσμούς στην τριτοταγή δομή τους. Η παρουσία τους είναι χαρακτηριστική των πρωτεϊνών που εκκρίνονται από το κύτταρο, γεγονός που εξασφαλίζει τη μεγαλύτερη σταθερότητά τους σε εξωκυτταρικές συνθήκες. Έτσι, υπάρχουν δισουλφιδικοί δεσμοί στα μόρια της ινσουλίνης και των ανοσοσφαιρινών.

Ινσουλίνη- μια πρωτεϊνική ορμόνη που συντίθεται στα β-κύτταρα του παγκρέατος και εκκρίνεται στο αίμα ως απόκριση σε αύξηση της συγκέντρωσης γλυκόζης στο αίμα. Στη δομή της ινσουλίνης, υπάρχουν δύο δισουλφιδικοί δεσμοί που συνδέουν τις πολυπεπτιδικές αλυσίδες Α και Β και ένας δισουλφιδικός δεσμός εντός της αλυσίδας Α (Εικ. 1.10).

Ρύζι. 1.10. Δισουλφιδικοί δεσμοί στη δομή της ινσουλίνης

5. Υπερδευτερογενής δομή πρωτεϊνών.Σε πρωτεΐνες με διαφορετική πρωτογενή δομή και λειτουργίες, μερικές φορές ανιχνεύονται παρόμοιοι συνδυασμοί και σχετικές θέσεις δευτερευουσών δομών,που ονομάζονται υπερδευτερεύουσα δομή. Καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των δευτερογενών και τριτογενών δομών, αφού είναι ένας συγκεκριμένος συνδυασμός στοιχείων της δευτερογενούς δομής στο σχηματισμό της τριτοταγούς δομής της πρωτεΐνης. Οι υπερδευτερεύουσες δομές έχουν συγκεκριμένα ονόματα, όπως «α-έλικα-στρογγυλή-έλικα», «φερμουάρ λευκίνης», «δάκτυλα ψευδαργύρου» κ.λπ. Τέτοιες υπερδευτερογενείς δομές είναι χαρακτηριστικές των πρωτεϊνών που δεσμεύουν το DNA.

"Φερμουάρ λευκίνης."Αυτός ο τύπος υπερδευτερογενούς δομής χρησιμοποιείται για την ένωση δύο πρωτεϊνών μεταξύ τους. Στην επιφάνεια των αλληλεπιδρώντων πρωτεϊνών υπάρχουν α-έλικες περιοχές που περιέχουν τουλάχιστον τέσσερα υπολείμματα λευκίνης. Τα υπολείμματα λευκίνης στην α-έλικα βρίσκονται σε απόσταση έξι αμινοξέων μεταξύ τους. Δεδομένου ότι κάθε στροφή της α-έλικας περιέχει 3,6 υπολείμματα αμινοξέων, οι ρίζες λευκίνης βρίσκονται στην επιφάνεια κάθε δεύτερης στροφής. Τα υπολείμματα λευκίνης της α-έλικας μιας πρωτεΐνης μπορούν να αλληλεπιδράσουν με υπολείμματα λευκίνης μιας άλλης πρωτεΐνης (υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις), συνδέοντάς τα μεταξύ τους (Εικ. 1.11.). Πολλές πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA λειτουργούν σε ολιγομερή σύμπλοκα όπου οι μεμονωμένες υπομονάδες συνδέονται μεταξύ τους με «φερμουάρ λευκίνης».

Ρύζι. 1.11. "Φερμουάρ λευκίνης" μεταξύ α-ελικοειδών περιοχών δύο πρωτεϊνών

Ένα παράδειγμα τέτοιων πρωτεϊνών είναι οι ιστόνες. Ιστόνες- πυρηνικές πρωτεΐνες, οι οποίες περιέχουν μεγάλο αριθμό θετικά φορτισμένων αμινοξέων - αργινίνη και λυσίνη (έως 80%). Τα μόρια ιστόνης συνδυάζονται σε ολιγομερή σύμπλοκα που περιέχουν οκτώ μονομερή χρησιμοποιώντας «φερμουάρ λευκίνης», παρά το σημαντικό ομώνυμο φορτίο αυτών των μορίων.

"Δάχτυλο ψευδάργυρου"- μια παραλλαγή υπερδευτερογενούς δομής, χαρακτηριστική των πρωτεϊνών που δεσμεύουν το DNA, έχει τη μορφή επιμήκους θραύσματος στην επιφάνεια της πρωτεΐνης και περιέχει περίπου 20 υπολείμματα αμινοξέων (Εικ. 1.12). Το σχήμα του «εκτεταμένου δακτύλου» υποστηρίζεται από ένα άτομο ψευδαργύρου συνδεδεμένο με τέσσερις ρίζες αμινοξέων - δύο υπολείμματα κυστεΐνης και δύο υπολείμματα ιστιδίνης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αντί για υπολείμματα ιστιδίνης, υπάρχουν υπολείμματα κυστεΐνης. Δύο υπολείμματα κυστεΐνης που βρίσκονται κοντά διαχωρίζονται από τα άλλα δύο υπολείμματα Gisili με μια αλληλουχία Cys που αποτελείται από περίπου 12 υπολείμματα αμινοξέων. Αυτή η περιοχή της πρωτεΐνης σχηματίζει μια α-έλικα, οι ρίζες της οποίας μπορούν να συνδεθούν ειδικά με τις ρυθμιστικές περιοχές της κύριας αύλακας του DNA. Ατομική εξειδίκευση δέσμευσης

Ρύζι. 1.12. Η πρωταρχική δομή της περιοχής των πρωτεϊνών που δεσμεύουν το DNA που σχηματίζουν τη δομή του «δαχτύλου ψευδαργύρου» (τα γράμματα υποδεικνύουν τα αμινοξέα που συνθέτουν αυτή τη δομή)

Η ρυθμιστική πρωτεΐνη που δεσμεύει το DNA εξαρτάται από την αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων που βρίσκονται στην περιοχή του δακτύλου ψευδαργύρου. Τέτοιες δομές περιέχουν, συγκεκριμένα, υποδοχείς για στεροειδείς ορμόνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση της μεταγραφής (ανάγνωση πληροφοριών από DNA σε RNA).

ΘΕΜΑ 1.2. ΒΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ. ΤΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΩΣ ΠΡΟΣΔΕΣΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

1. Το ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης και η αλληλεπίδρασή της με τον συνδέτη.Κατά τον σχηματισμό της τριτοταγούς δομής, σχηματίζεται μια περιοχή στην επιφάνεια μιας λειτουργικά ενεργής πρωτεΐνης, συνήθως σε μια εσοχή, που σχηματίζεται από ρίζες αμινοξέων που βρίσκονται πολύ μακριά η μία από την άλλη στην πρωτογενή δομή. Αυτή η περιοχή, η οποία έχει μια μοναδική δομή για μια δεδομένη πρωτεΐνη και είναι ικανή να αλληλεπιδρά ειδικά με ένα συγκεκριμένο μόριο ή ομάδα παρόμοιων μορίων, ονομάζεται θέση σύνδεσης πρωτεΐνης-συνδέτη ή ενεργή θέση. Οι συνδέτες είναι μόρια που αλληλεπιδρούν με πρωτεΐνες.

Υψηλή ειδικότηταΗ αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης με τον συνδέτη εξασφαλίζεται από τη συμπληρωματικότητα της δομής του ενεργού κέντρου προς τη δομή του συνδέτη.

Συμπληρωματικότητα- αυτή είναι η χωρική και χημική αντιστοιχία των επιφανειών που αλληλεπιδρούν. Το ενεργό κέντρο δεν πρέπει μόνο χωρικά να αντιστοιχεί στον συνδέτη που περιλαμβάνεται σε αυτό, αλλά και δεσμοί (ιοντικές, υδρογόνου και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις) πρέπει να σχηματίζονται μεταξύ των λειτουργικών ομάδων των ριζών που περιλαμβάνονται στο ενεργό κέντρο και του συνδέτη που συγκρατούν τον συνδέτη. στο ενεργό κέντρο (Εικ. 1.13 ).

Ρύζι. 1.13. Συμπληρωματική αλληλεπίδραση πρωτεΐνης με συνδέτη

Μερικοί συνδέτες, όταν συνδέονται με το ενεργό κέντρο μιας πρωτεΐνης, παίζουν βοηθητικό ρόλο στη λειτουργία των πρωτεϊνών. Τέτοιοι συνδετήρες ονομάζονται συμπαράγοντες και οι πρωτεΐνες που περιέχουν ένα μη πρωτεϊνικό μέρος ονομάζονται σύνθετες πρωτεΐνες(σε αντίθεση με τις απλές πρωτεΐνες, που αποτελούνται μόνο από το πρωτεϊνικό μέρος). Το μη πρωτεϊνικό μέρος, σταθερά συνδεδεμένο με την πρωτεΐνη, ονομάζεται ομάδα προσθετικών.Για παράδειγμα, η μυοσφαιρίνη, η αιμοσφαιρίνη και τα κυτοχρώματα περιέχουν μια προσθετική ομάδα, την αίμη, που περιέχει ένα ιόν σιδήρου, σταθερά συνδεδεμένη με το ενεργό κέντρο. Οι σύνθετες πρωτεΐνες που περιέχουν αίμη ονομάζονται αιμοπρωτεΐνες.

Όταν ειδικοί συνδέτες συνδέονται με πρωτεΐνες, η λειτουργία αυτών των πρωτεϊνών εκδηλώνεται. Έτσι, η λευκωματίνη, η πιο σημαντική πρωτεΐνη στο πλάσμα του αίματος, επιδεικνύει τη λειτουργία μεταφοράς της συνδέοντας υδρόφοβους συνδέτες, όπως λιπαρά οξέα, χολερυθρίνη, ορισμένα φάρμακα κ.λπ. στο ενεργό κέντρο (Εικ. 1.14).

Οι συνδέτες που αλληλεπιδρούν με την τρισδιάστατη δομή της πεπτιδικής αλυσίδας μπορεί να είναι όχι μόνο οργανικά και ανόργανα μόρια χαμηλού μοριακού βάρους, αλλά και μακρομόρια:

DNA (παραδείγματα με πρωτεΐνες δέσμευσης DNA που συζητήθηκαν παραπάνω).

Πολυσακχαρίτες;

Ρύζι. 1.14. Σχέση μεταξύ γονότυπου και φαινοτύπου

Η μοναδική πρωτογενής δομή των ανθρώπινων πρωτεϊνών, που κωδικοποιείται στο μόριο DNA, πραγματοποιείται στα κύτταρα με τη μορφή μοναδικής διαμόρφωσης, δομής ενεργού κέντρου και πρωτεϊνικών λειτουργιών

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η πρωτεΐνη αναγνωρίζει μια συγκεκριμένη περιοχή του συνδέτη που είναι ανάλογη και συμπληρωματική προς τη θέση δέσμευσης. Έτσι, στην επιφάνεια των ηπατοκυττάρων υπάρχουν πρωτεΐνες υποδοχείς για την ορμόνη ινσουλίνη, η οποία έχει επίσης πρωτεϊνική δομή. Η αλληλεπίδραση της ινσουλίνης με τον υποδοχέα προκαλεί αλλαγή στη διαμόρφωση της και ενεργοποίηση των συστημάτων σηματοδότησης, οδηγώντας στην αποθήκευση θρεπτικών ουσιών στα ηπατοκύτταρα μετά τα γεύματα.

Ετσι, Η λειτουργία των πρωτεϊνών βασίζεται στην ειδική αλληλεπίδραση του ενεργού κέντρου της πρωτεΐνης με τον συνδέτη.

2. Δομή τομέα και ο ρόλος του στη λειτουργία των πρωτεϊνών.Οι μακριές πολυπεπτιδικές αλυσίδες σφαιρικών πρωτεϊνών συχνά αναδιπλώνονται σε αρκετές συμπαγείς, σχετικά ανεξάρτητες περιοχές. Έχουν ανεξάρτητη τριτογενή δομή, που θυμίζει αυτή των σφαιρικών πρωτεϊνών και ονομάζονται τομείς.Λόγω της δομής τομέα των πρωτεϊνών, η τριτοταγής δομή τους είναι ευκολότερο να σχηματιστεί.

Στις πρωτεΐνες της περιοχής, οι θέσεις δέσμευσης συνδέτη βρίσκονται συχνά μεταξύ των περιοχών. Έτσι, η θρυψίνη είναι ένα πρωτεολυτικό ένζυμο που παράγεται από το εξωκρινές τμήμα του παγκρέατος και είναι απαραίτητο για την πέψη των πρωτεϊνών των τροφίμων. Έχει δομή δύο τομέων και το κέντρο δέσμευσης της θρυψίνης με τον συνδέτη της - την πρωτεΐνη τροφής - βρίσκεται στο αυλάκι μεταξύ των δύο περιοχών. Στο ενεργό κέντρο δημιουργούνται οι απαραίτητες συνθήκες για την αποτελεσματική σύνδεση μιας συγκεκριμένης θέσης πρωτεΐνης τροφής και την υδρόλυση των πεπτιδικών της δεσμών.

Διαφορετικές περιοχές σε μια πρωτεΐνη μπορούν να μετακινηθούν μεταξύ τους όταν το ενεργό κέντρο αλληλεπιδρά με τον συνδέτη (Εικ. 1.15).

Εξοκινάση- ένα ένζυμο που καταλύει τη φωσφορυλίωση της γλυκόζης χρησιμοποιώντας ATP. Η ενεργή θέση του ενζύμου βρίσκεται στη σχισμή μεταξύ των δύο περιοχών. Όταν η εξοκινάση συνδέεται με τη γλυκόζη, οι περιοχές που την περιβάλλουν κλείνουν και το υπόστρωμα παγιδεύεται, όπου συμβαίνει φωσφορυλίωση (βλ. Εικ. 1.15).

Ρύζι. 1.15. Σύνδεση περιοχών εξοκινάσης με γλυκόζη

Σε ορισμένες πρωτεΐνες, οι περιοχές εκτελούν ανεξάρτητες λειτουργίες με σύνδεση σε διάφορους συνδέτες. Τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται πολυλειτουργικές.

3. Τα φάρμακα είναι συνδέτες που επηρεάζουν τη λειτουργία των πρωτεϊνών.Η αλληλεπίδραση των πρωτεϊνών με τους συνδέτες είναι ειδική. Ωστόσο, λόγω της διαμορφωτικής αστάθειας της πρωτεΐνης και του ενεργού της κέντρου, είναι δυνατό να επιλεγεί μια άλλη ουσία που θα μπορούσε επίσης να αλληλεπιδράσει με την πρωτεΐνη στο ενεργό κέντρο ή σε άλλο μέρος του μορίου.

Μια ουσία παρόμοια στη δομή με έναν φυσικό συνδέτη ονομάζεται δομικό ανάλογο του συνδέτηή ένα μη φυσικό πρόσδεμα. Αλληλεπιδρά επίσης με την πρωτεΐνη στο ενεργό κέντρο. Ένα δομικό ανάλογο ενός συνδέτη μπορεί και τα δύο να ενισχύσει τη λειτουργία της πρωτεΐνης (αγωνιστής),και να το μειώσει (ανταγωνιστής).Ο συνδέτης και τα δομικά του ανάλογα ανταγωνίζονται μεταξύ τους για σύνδεση με την πρωτεΐνη στην ίδια θέση. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται ανταγωνιστικοί διαμορφωτές(ρυθμιστές) των πρωτεϊνικών λειτουργιών. Πολλά φάρμακα δρουν ως αναστολείς πρωτεΐνης. Μερικά από αυτά λαμβάνονται με χημική τροποποίηση φυσικών προσδεμάτων. Αναστολείς των πρωτεϊνικών λειτουργιών μπορεί να είναι φάρμακα και δηλητήρια.

Η ατροπίνη είναι ένας ανταγωνιστικός αναστολέας των Μ-χολινεργικών υποδοχέων.Η ακετυλοχολίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής για τη μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων μέσω των χολινεργικών συνάψεων. Για να πραγματοποιηθεί η διέγερση, απελευθερώνεται σε συναπτική σχισμήΗ ακετυλοχολίνη πρέπει να αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη υποδοχέα της μετασυναπτικής μεμβράνης. Βρέθηκαν δύο τύποι χολινεργικοί υποδοχείς:

Μ υποδοχέαςεκτός από την ακετυλοχολίνη, αλληλεπιδρά επιλεκτικά με τη μουσκαρίνη (τοξίνη μύγας). Μ - χολινεργικοί υποδοχείς υπάρχουν στους λείους μύες και, όταν αλληλεπιδρούν με την ακετυλοχολίνη, προκαλούν τη συστολή τους.

Η υποδοχέαςδεσμεύεται ειδικά με τη νικοτίνη. Οι Ν-χολινεργικοί υποδοχείς βρίσκονται στις συνάψεις των γραμμωτών σκελετικών μυών.

Ειδικός αναστολέας Μ-χολινεργικοί υποδοχείςείναι ατροπίνη. Βρίσκεται στα φυτά της μπελαντόνας και της χένμπας.

Η ατροπίνη έχει λειτουργικές ομάδες παρόμοιες στη δομή με την ακετυλοχολίνη και τη χωρική τους διάταξη, επομένως είναι ένας ανταγωνιστικός αναστολέας των Μ-χολινεργικών υποδοχέων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η σύνδεση της ακετυλοχολίνης με τους Μ-χολινεργικούς υποδοχείς προκαλεί συστολή των λείων μυών, η ατροπίνη χρησιμοποιείται ως φάρμακο που ανακουφίζει από τον σπασμό τους. (αντισπασμωδικό).Έτσι, είναι γνωστή η χρήση της ατροπίνης για τη χαλάρωση των μυών των ματιών κατά την εξέταση του βυθού, καθώς και για την ανακούφιση από σπασμούς κατά τη διάρκεια του γαστρεντερικού κολικού. Μ-χολινεργικοί υποδοχείς υπάρχουν επίσης στο κεντρικό νευρικό σύστημα(ΚΝΣ), επομένως μεγάλες δόσεις ατροπίνης μπορεί να προκαλέσουν ανεπιθύμητη αντίδραση από το κεντρικό νευρικό σύστημα: κινητική και νοητική διέγερση, παραισθήσεις, σπασμούς.

Η διτιλίνη είναι ένας ανταγωνιστικός αγωνιστής των Η-χολινεργικών υποδοχέων, αναστέλλοντας τη λειτουργία των νευρομυϊκών συνάψεων.

Οι νευρομυϊκές συνάψεις των σκελετικών μυών περιέχουν Η-χολινεργικούς υποδοχείς. Η αλληλεπίδρασή τους με την ακετυλοχολίνη οδηγεί σε μυϊκές συσπάσεις. Κατά τη διάρκεια ορισμένων χειρουργικών επεμβάσεων, καθώς και σε ενδοσκοπικές μελέτες, χρησιμοποιούνται φάρμακα που προκαλούν χαλάρωση των σκελετικών μυών (μυοχαλαρωτικά).Αυτές περιλαμβάνουν τη διθιλίνη, η οποία είναι ένα δομικό ανάλογο της ακετυλοχολίνης. Προσκολλάται στους Η-χολινεργικούς υποδοχείς, αλλά σε αντίθεση με την ακετυλοχολίνη, καταστρέφεται πολύ αργά από το ένζυμο ακετυλοχολινεστεράση. Ως αποτέλεσμα του παρατεταμένου ανοίγματος των διαύλων ιόντων και της επίμονης εκπόλωσης της μεμβράνης, διαταράσσεται η αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων και επέρχεται μυϊκή χαλάρωση. Αρχικά, αυτές οι ιδιότητες ανακαλύφθηκαν στο δηλητήριο curare, γι' αυτό και ονομάζονται τέτοια φάρμακα σαν curare.

ΘΕΜΑ 1.3. ΜΕΤΟΥΣΩΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΚΑΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΑΥΘΟΡΜΗΤΑΣ ΑΝΑΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΟΥΣ

1. Δεδομένου ότι η φυσική διαμόρφωση των πρωτεϊνών διατηρείται λόγω αδύναμων αλληλεπιδράσεων, αλλαγών στη σύνθεση και τις ιδιότητες του περιβάλλοντος που περιβάλλει την πρωτεΐνη, η έκθεση σε χημικά αντιδραστήρια και φυσικούς παράγοντες προκαλούν αλλαγή στη διάταξή τους (ιδιότητα διαμορφωτικής αστάθειας). Χάσμα μεγάλη ποσότηταδεσμούς οδηγεί στην καταστροφή της φυσικής διαμόρφωσης και μετουσίωση των πρωτεϊνών.

Μετουσίωσης πρωτεϊνών- αυτή είναι η καταστροφή της φυσικής τους διαμόρφωσης υπό την επίδραση μετουσιωτικών παραγόντων, που προκαλείται από τη ρήξη αδύναμων δεσμών που σταθεροποιούν τη χωρική δομή της πρωτεΐνης. Η μετουσίωση συνοδεύεται από την καταστροφή της μοναδικής τρισδιάστατης δομής και του ενεργού κέντρου της πρωτεΐνης και την απώλεια της βιολογικής της δραστηριότητας (Εικ. 1.16).

Όλα τα μετουσιωμένα μόρια μιας πρωτεΐνης αποκτούν μια τυχαία διαμόρφωση που διαφέρει από άλλα μόρια της ίδιας πρωτεΐνης. Οι ρίζες αμινοξέων που σχηματίζουν το ενεργό κέντρο αποδεικνύονται ότι είναι χωρικά απομακρυσμένες η μία από την άλλη, δηλ. η ειδική θέση δέσμευσης της πρωτεΐνης με τον συνδέτη καταστρέφεται. Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, η πρωτογενής δομή των πρωτεϊνών παραμένει αμετάβλητη.

Εφαρμογή μετουσιωτικών παραγόντων στη βιολογική έρευνα και ιατρική.ΣΕ βιοχημική έρευναΠριν από τον προσδιορισμό των ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους σε βιολογικό υλικό, οι πρωτεΐνες συνήθως αφαιρούνται πρώτα από το διάλυμα. Το τριχλωροξικό οξύ (TCA) χρησιμοποιείται συχνότερα για το σκοπό αυτό. Μετά την προσθήκη TCA στο διάλυμα, οι μετουσιωμένες πρωτεΐνες καθιζάνουν και απομακρύνονται εύκολα με διήθηση (Πίνακας 1.1.)

Στην ιατρική, οι μετουσιωτικοί παράγοντες χρησιμοποιούνται συχνά για την αποστείρωση ιατρικών εργαλείων και υλικών σε αυτόκλειστα (ο παράγοντας μετουσίωσης είναι υψηλή θερμοκρασία) και ως αντισηπτικά (οινόπνευμα, φαινόλη, χλωραμίνη) για τη θεραπεία μολυσμένων επιφανειών που περιέχουν παθογόνο μικροχλωρίδα.

2. Αυθόρμητη επανενεργοποίηση πρωτεΐνης- απόδειξη του ντετερμινισμού της πρωτογενούς δομής, διαμόρφωσης και λειτουργίας των πρωτεϊνών. Οι μεμονωμένες πρωτεΐνες είναι προϊόντα ενός γονιδίου που έχουν την ίδια αλληλουχία αμινοξέων και αποκτούν την ίδια διαμόρφωση στο κύτταρο. Το θεμελιώδες συμπέρασμα ότι η πρωτογενής δομή μιας πρωτεΐνης περιέχει ήδη πληροφορίες για τη διαμόρφωση και τη λειτουργία της έγινε με βάση την ικανότητα ορισμένων πρωτεϊνών (ιδιαίτερα, της ριβονουκλεάσης και της μυοσφαιρίνης) να επαναφέρουν αυθόρμητα - αποκαθιστούν τη φυσική τους διαμόρφωση μετά τη μετουσίωση.

Ο σχηματισμός χωρικών πρωτεϊνικών δομών πραγματοποιείται με τη μέθοδο της αυτοσυναρμολόγησης - μια αυθόρμητη διαδικασία στην οποία μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, η οποία έχει μια μοναδική πρωτογενή δομή, τείνει να υιοθετήσει μια διαμόρφωση με τη χαμηλότερη ελεύθερη ενέργεια σε διάλυμα. Η ικανότητα αναγέννησης πρωτεϊνών που διατηρούν την πρωταρχική τους δομή μετά τη μετουσίωση περιγράφηκε σε ένα πείραμα με το ένζυμο ριβονουκλεάση.

Η ριβονουκλεάση είναι ένα ένζυμο που διασπά τους δεσμούς μεταξύ μεμονωμένων νουκλεοτιδίων σε ένα μόριο RNA. Αυτή η σφαιρική πρωτεΐνη έχει μία πολυπεπτιδική αλυσίδα, η τριτοταγής δομή της οποίας σταθεροποιείται από πολλούς ασθενείς και τέσσερις δισουλφιδικούς δεσμούς.

Η επεξεργασία της ριβονουκλεάσης με ουρία, η οποία διασπά τους δεσμούς υδρογόνου στο μόριο, και έναν αναγωγικό παράγοντα, που σπάει τους δισουλφιδικούς δεσμούς, οδηγεί σε μετουσίωση του ενζύμου και απώλεια της δραστηριότητάς του.

Η απομάκρυνση των μετουσιωτικών παραγόντων με αιμοκάθαρση οδηγεί σε αποκατάσταση της πρωτεϊνικής διαμόρφωσης και λειτουργίας, δηλ. στην αναγέννηση. (Εικ. 1.17).

Ρύζι. 1.17. Μετουσίωση και ανανέωση της ριβονουκλεάσης

Α - φυσική διαμόρφωση της ριβονουκλεάσης, στην τριτοταγή δομή της οποίας υπάρχουν τέσσερις δισουλφιδικοί δεσμοί. Β - μετουσιωμένο μόριο ριβονουκλεάσης.

Β - επανενεργοποιημένο μόριο ριβονουκλεάσης με αποκατασταθείσα δομή και λειτουργία

1. Συμπληρώστε τον πίνακα 1.2.

Πίνακας 1.2. Ταξινόμηση αμινοξέων σύμφωνα με την πολικότητα των ριζών

2. Γράψτε τον τύπο του τετραπεπτιδίου:

Asp - Pro - Fen - Liz

α) επισημάνετε τις επαναλαμβανόμενες ομάδες στο πεπτίδιο που σχηματίζουν τη ραχοκοκαλιά του πεπτιδίου και τις μεταβλητές ομάδες που αντιπροσωπεύονται από ρίζες αμινοξέων.

β) επισημάνετε τα Ν- και C-άκρα.

γ) επισημάνετε τους πεπτιδικούς δεσμούς.

δ) γράψτε ένα άλλο πεπτίδιο που αποτελείται από τα ίδια αμινοξέα.

ε) μετρήστε τον αριθμό των πιθανών παραλλαγών ενός τετραπεπτιδίου με παρόμοια σύνθεση αμινοξέων.

3. Εξηγήστε το ρόλο της πρωτογενούς δομής των πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας συγκριτικής ανάλυσης δύο δομικά όμοιων και εξελικτικά κοντινών πεπτιδικών ορμονών της νευροϋπόφυσης των θηλαστικών - ωκυτοκίνη και βαζοπρεσίνη (Πίνακας 1.3).

Πίνακας 1.3. Δομή και λειτουργίες της ωκυτοκίνης και της βαζοπρεσίνης

Για αυτό:

α) Συγκρίνετε τη σύνθεση και την αλληλουχία αμινοξέων δύο πεπτιδίων.

β) βρείτε την ομοιότητα της πρωτογενούς δομής των δύο πεπτιδίων και την ομοιότητα της βιολογικής τους δράσης.

γ) βρείτε διαφορές στη δομή δύο πεπτιδίων και διαφορές στις λειτουργίες τους.

δ) εξάγετε ένα συμπέρασμα σχετικά με την επίδραση της πρωτογενούς δομής των πεπτιδίων στις λειτουργίες τους.

4. Περιγράψτε τα κύρια στάδια σχηματισμού της διαμόρφωσης των σφαιρικών πρωτεϊνών (δευτερογενείς, τριτογενείς δομές, η έννοια της υπερδευτερογενούς δομής). Υποδείξτε τους τύπους δεσμών που εμπλέκονται στο σχηματισμό πρωτεϊνικών δομών. Ποιες ρίζες αμινοξέων μπορούν να συμμετέχουν στο σχηματισμό υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων, ιοντικών, δεσμών υδρογόνου.

Δώσε παραδείγματα.

5. Ορίστε την έννοια της «διαμόρφωσης αστάθειας των πρωτεϊνών», αναφέρετε τους λόγους ύπαρξης και σημασίας της.

6. Αναπτύξτε το νόημα της ακόλουθης φράσης: «Η λειτουργία των πρωτεϊνών βασίζεται στην ειδική αλληλεπίδρασή τους με τον συνδέτη», χρησιμοποιώντας τους όρους και εξηγώντας τη σημασία τους: διαμόρφωση πρωτεΐνης, ενεργό κέντρο, συνδετήρας, συμπληρωματικότητα, πρωτεϊνική λειτουργία.

7. Χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα, εξηγήστε τι είναι οι τομείς και ποιος είναι ο ρόλος τους στη λειτουργία των πρωτεϊνών.

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΑΥΤΟΕΛΕΓΧΟΥ

1. Αγώνας.

Λειτουργική ομάδα σε ρίζα αμινοξέων:

Α. Καρβοξυλική ομάδα Β. Υδροξυλομάδα Γ Ομάδα γουανιδίνης Δ. Ομάδα θειόλης Ε. Αμινο ομάδα

2. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Τα αμινοξέα με πολικές αφόρτιστες ρίζες είναι:

Α. Cis B. Asn

Β. Γλου Γ. Τρεις

3. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Ρίζες αμινοξέων:

Α. Παρέχετε ειδικότητα της πρωτογενούς δομής Β. Συμμετέχετε στο σχηματισμό της τριτογενούς δομής

Β. Βρίσκονται στην επιφάνεια της πρωτεΐνης, επηρεάζουν τη διαλυτότητά της Δ. Σχηματίζουν το ενεργό κέντρο

Δ. Συμμετέχουν στο σχηματισμό πεπτιδικών δεσμών

4. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις μπορεί να δημιουργηθούν μεταξύ των ριζών αμινοξέων:

A. Tre Lay B. Pro Three

B. Met Ile G. Tir Ala D. Val Fen

5. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Μεταξύ των ριζών αμινοξέων μπορούν να σχηματιστούν ιονικοί δεσμοί:

Α. Γλν Ασπ Β. Απρ Λιζ

B. Liz Glu G. Gis Asp D. Asn Apr

6. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Οι δεσμοί υδρογόνου μπορούν να σχηματιστούν μεταξύ των ριζών αμινοξέων:

Α. Ser Gln Β. Cis Tre

Β. Asp Liz G. Glu Asp D. Asn Tre

7. Αγώνας.

Τύπος δεσμού που εμπλέκεται στο σχηματισμό της δομής της πρωτεΐνης:

Α. Πρωτογενής δομή Β. Δευτερεύουσα δομή

Β. Τριτογενής δομή

Δ. Υπερδευτερογενής δομή Ε. Διαμόρφωση.

1. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ ατόμων της ραχοκοκαλιάς του πεπτιδίου

2. Αδύναμοι δεσμοί μεταξύ λειτουργικών ομάδων ριζών αμινοξέων

3. Δεσμοί μεταξύ α-αμινο και α-καρβοξυλικών ομάδων αμινοξέων

8. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις. Τρυψίνη:

Α. Πρωτεολυτικό ένζυμο Β. Περιέχει δύο τομείς

Β. Υδρολύει το άμυλο

Δ. Ο ενεργός ιστότοπος βρίσκεται μεταξύ των τομέων. Δ. Αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες.

9. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις. Ατροπίνη:

Α. Νευροδιαβιβαστής

Β. Δομικό ανάλογο της ακετυλοχολίνης

Β. Αλληλεπιδρά με Η-χολινεργικούς υποδοχείς

Δ. Ενισχύει την αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων μέσω των χολινεργικών συνάψεων

Δ. Ανταγωνιστικός αναστολέας Μ-χολινεργικών υποδοχέων

10. Επιλέξτε τις σωστές δηλώσεις. Σε πρωτεΐνες:

Α. Η κύρια δομή περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη δομή της ενεργού τοποθεσίας της

Β. Το ενεργό κέντρο διαμορφώνεται στο επίπεδο της πρωτογενούς δομής

Β. Η διαμόρφωση στερεώνεται άκαμπτα με ομοιοπολικούς δεσμούς

Δ. Η ενεργή θέση μπορεί να αλληλεπιδράσει με μια ομάδα παρόμοιων προσδεμάτων

λόγω της διαμορφωτικής αστάθειας των πρωτεϊνών Δ. Αλλαγή περιβάλλον, μπορεί να επηρεάσει τη συγγένεια του ενεργού

κέντρο σε συνδέτη

1. 1-B, 2-G, 3-B.

3. Α, Β, Γ, Δ.

7. 1-B, 2-D, 3-A.

8. Α, Β, Γ, Δ.

ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΟΙ ΚΑΙ ΕΝΝΟΙΕΣ

1. Πρωτεΐνες, πολυπεπτίδια, αμινοξέα

2. Πρωτογενείς, δευτερογενείς, τριτοταγείς πρωτεϊνικές δομές

3. Διαμόρφωση, διαμόρφωση φυσικής πρωτεΐνης

4. Ομοιοπολικοί και αδύναμοι δεσμοί στην πρωτεΐνη

5. Διαμορφωτική αστάθεια

6. Πρωτεϊνική ενεργή θέση

7. Συνδέματα

8. Αναδίπλωση πρωτεΐνης

9. Δομικά ανάλογα προσδεμάτων

10. Πρωτεΐνες τομέα

11. Απλές και σύνθετες πρωτεΐνες

12. Μετουσίωσης πρωτεϊνών, μετουσιωτικοί παράγοντες

13. Επανενεργοποίηση πρωτεϊνών

Λύνω προβλήματα

«Δομική οργάνωση των πρωτεϊνών και η βάση της λειτουργίας τους»

1. Η κύρια λειτουργία της πρωτεΐνης - αιμοσφαιρίνης Α (HbA) είναι η μεταφορά οξυγόνου στους ιστούς. Στον ανθρώπινο πληθυσμό, είναι γνωστές πολλαπλές μορφές αυτής της πρωτεΐνης με αλλοιωμένες ιδιότητες και λειτουργία - οι λεγόμενες μη φυσιολογικές αιμοσφαιρίνες. Για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη S, που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια ασθενών με δρεπανοκυτταρική αναιμία (HbS), έχει βρεθεί ότι έχει χαμηλή διαλυτότητα υπό συνθήκες χαμηλής μερικής πίεσης οξυγόνου (όπως συμβαίνει στο φλεβικό αίμα). Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό συσσωματωμάτων αυτής της πρωτεΐνης. Η πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργία της, κατακρημνίζεται και αποκτούν τα ερυθρά αιμοσφαίρια ακανόνιστο σχήμα(μερικά από αυτά σχηματίζουν δρεπανοειδές σχήμα) και καταστρέφονται πιο γρήγορα από το συνηθισμένο στη σπλήνα. Ως αποτέλεσμα, αναπτύσσεται δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Η μόνη διαφορά στην πρωτογενή δομή της HbA βρέθηκε στη Ν-τελική περιοχή της β-αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης. Συγκρίνετε τις Ν-τελικές περιοχές του β-κλώνου και δείξτε πώς οι αλλαγές στην πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης επηρεάζουν τις ιδιότητες και τις λειτουργίες της.

Για αυτό:

α) Να γράψετε τους τύπους των αμινοξέων με τους οποίους διαφέρει η HbA και να συγκρίνετε τις ιδιότητες αυτών των αμινοξέων (πολικότητα, φορτίο).

β) εξάγετε συμπέρασμα σχετικά με τον λόγο της μείωσης της διαλυτότητας και της διακοπής της μεταφοράς οξυγόνου στους ιστούς.

2. Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα της δομής μιας πρωτεΐνης που έχει κέντρο δέσμευσης με έναν συνδέτη (ενεργό κέντρο). Εξηγήστε γιατί η πρωτεΐνη είναι επιλεκτική στην επιλογή του συνδέτη. Για αυτό:

α) θυμηθείτε ποιο είναι το ενεργό κέντρο μιας πρωτεΐνης και σκεφτείτε τη δομή του ενεργού κέντρου της πρωτεΐνης που φαίνεται στο σχήμα.

β) γράψτε τους τύπους των ριζών αμινοξέων που αποτελούν το ενεργό κέντρο.

γ) σχεδιάστε έναν συνδέτη που θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει ειδικά με την ενεργό θέση της πρωτεΐνης. Αναφέρετε σε αυτό τις λειτουργικές ομάδες που μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς με τις ρίζες αμινοξέων που αποτελούν το ενεργό κέντρο.

δ) υποδεικνύουν τους τύπους δεσμών που προκύπτουν μεταξύ του συνδετήρα και των ριζών αμινοξέων του ενεργού κέντρου.

ε) εξηγήστε σε τι βασίζεται η ειδικότητα της αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-προσδέματος.

3. Το σχήμα δείχνει την ενεργό θέση της πρωτεΐνης και αρκετών προσδεμάτων.

Προσδιορίστε ποιος συνδέτης είναι πιο πιθανό να αλληλεπιδράσει με την ενεργό θέση της πρωτεΐνης και γιατί.

Ποιοι τύποι δεσμών προκύπτουν κατά τον σχηματισμό ενός συμπλόκου πρωτεΐνης-συνδέτη;

4. Δομικά ανάλογα φυσικών πρωτεϊνικών προσδεμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φάρμακα για την τροποποίηση της δραστηριότητας των πρωτεϊνών.

Η ακετυλοχολίνη είναι ένας μεσολαβητής μετάδοσης διέγερσης στις νευρομυϊκές συνάψεις. Όταν η ακετυλοχολίνη αλληλεπιδρά με πρωτεΐνες - υποδοχείς της μετασυναπτικής μεμβράνης των σκελετικών μυών, ανοίγουν οι δίαυλοι ιόντων και εμφανίζεται μυϊκή σύσπαση. Το Ditilin είναι ένα φάρμακο που χρησιμοποιείται σε ορισμένες επεμβάσεις για τη χαλάρωση των μυών, καθώς διαταράσσει τη μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων μέσω των νευρομυϊκών συνάψεων. Εξηγήστε τον μηχανισμό δράσης της διτιλίνης ως μυοχαλαρωτικού. Για αυτό:

α) Να γράψετε τους τύπους της ακετυλοχολίνης και της διθιλίνης και να συγκρίνετε τις δομές τους.

β) να περιγράψετε τον μηχανισμό της χαλαρωτικής δράσης της διτιλίνης.

5. Σε ορισμένες ασθένειες, η θερμοκρασία του σώματος του ασθενούς αυξάνεται, κάτι που θεωρείται ως προστατευτική αντίδραση του οργανισμού. Ωστόσο, οι υψηλές θερμοκρασίες είναι επιζήμιες για τις πρωτεΐνες του σώματος. Εξηγήστε γιατί σε θερμοκρασίες άνω των 40 °C η λειτουργία των πρωτεϊνών διαταράσσεται και δημιουργείται κίνδυνος για την ανθρώπινη ζωή. Για να το κάνετε αυτό, θυμηθείτε:

1) Η δομή των πρωτεϊνών και οι δεσμοί που συγκρατούν τη δομή της στη φυσική διαμόρφωση.

2) Πώς αλλάζει η δομή και η λειτουργία των πρωτεϊνών με την αύξηση της θερμοκρασίας;

3) Τι είναι η ομοιόσταση και γιατί είναι σημαντική για τη διατήρηση της ανθρώπινης υγείας.

Modular unit 2 OLIGOMERICK PROTEINS ΩΣ ΣΤΟΧΟΙ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΩΝ ΕΠΙΡΡΟΕΩΝ. ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΠΟΙΚΙΛΟΛΟΓΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ. ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

Μαθησιακοί στόχοι Να είναι σε θέση:

1. Χρησιμοποιήστε γνώσεις σχετικά με τα χαρακτηριστικά της δομής και τις λειτουργίες των ολιγομερών πρωτεϊνών για να κατανοήσετε τους προσαρμοστικούς μηχανισμούς ρύθμισης των λειτουργιών τους.

2. Εξηγήστε το ρόλο των συνοδών στη σύνθεση και τη διατήρηση της πρωτεϊνικής διαμόρφωσης υπό κυτταρικές συνθήκες.

3. Εξηγήστε την ποικιλία των εκδηλώσεων της ζωής από την ποικιλία των δομών και των λειτουργιών των πρωτεϊνών που συντίθενται στο σώμα.

4. Αναλύστε τη σχέση μεταξύ της δομής των πρωτεϊνών και της λειτουργίας τους χρησιμοποιώντας παραδείγματα σύγκρισης σχετικών αιμοπρωτεϊνών - μυοσφαιρίνης και αιμοσφαιρίνης, καθώς και εκπροσώπων των πέντε τάξεων πρωτεϊνών της οικογένειας ανοσοσφαιρινών.

5. Εφαρμόστε γνώσεις σχετικά με τις ιδιαιτερότητες των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των πρωτεϊνών για να επιλέξετε μεθόδους καθαρισμού τους από άλλες πρωτεΐνες και ακαθαρσίες.

6. Ερμηνεύστε τα αποτελέσματα των ποσοτικών και ποιοτική σύνθεσηπρωτεΐνες πλάσματος αίματος για επιβεβαίωση ή διευκρίνιση της κλινικής διάγνωσης.

Ξέρω:

1. Χαρακτηριστικά της δομής των ολιγομερών πρωτεϊνών και προσαρμοστικοί μηχανισμοί για τη ρύθμιση των λειτουργιών τους χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της αιμοσφαιρίνης.

2. Η δομή και οι λειτουργίες των συνοδών και η σημασία τους για τη διατήρηση της φυσικής διαμόρφωσης των πρωτεϊνών υπό κυτταρικές συνθήκες.

3. Αρχές συνδυασμού πρωτεϊνών σε οικογένειες με βάση την ομοιότητα της διαμόρφωσης και των λειτουργιών τους χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των ανοσοσφαιρινών.

4. Μέθοδοι διαχωρισμού πρωτεϊνών με βάση τα χαρακτηριστικά των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους.

5. Ηλεκτροφόρηση πλάσματος αίματος ως μέθοδος αξιολόγησης της ποιοτικής και ποσοτικής σύνθεσης των πρωτεϊνών.

ΘΕΜΑ 1.4. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΟΛΙΓΟΜΕΡΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΜΕ ΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΤΗΣ ΑΙΜΟΓΛΟΒΙΝΗΣ

1. Πολλές πρωτεΐνες περιέχουν πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται ολιγομερές,και μεμονωμένες αλυσίδες - πρωτομερή.Τα πρωτομερή των ολιγομερών πρωτεϊνών συνδέονται με πολλούς ασθενείς μη ομοιοπολικούς δεσμούς (υδρόφοβο, ιοντικό, υδρογόνο). ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ

τα πρωτομερή πραγματοποιούνται χάρη σε συμπληρωματικότητατις επιφάνειες επαφής τους.

Ο αριθμός των πρωτομερών στις ολιγομερείς πρωτεΐνες μπορεί να ποικίλλει πολύ: η αιμοσφαιρίνη περιέχει 4 πρωτομερή, το ένζυμο ασπαρτική αμινοτρανσφεράση έχει 12 πρωτομερή και η πρωτεΐνη του ιού του μωσαϊκού του καπνού περιέχει 2120 πρωτομερή συνδεδεμένα με μη ομοιοπολικούς δεσμούς. Κατά συνέπεια, οι ολιγομερείς πρωτεΐνες μπορεί να έχουν πολύ υψηλά μοριακά βάρη.

Η αλληλεπίδραση ενός πρωτομερούς με άλλα μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωσηαλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-προσδέματος, αφού κάθε πρωτομερές χρησιμεύει ως συνδετήρας για άλλα πρωτομερή. Ο αριθμός και η μέθοδος σύνδεσης των πρωτομερών σε μια πρωτεΐνη ονομάζεται δομή τεταρτοταγούς πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες μπορεί να περιέχουν πρωτομερή της ίδιας ή διαφορετικής δομής, για παράδειγμα, τα ομοδιμερή είναι πρωτεΐνες που περιέχουν δύο πανομοιότυπα πρωτομερή και τα ετεροδιμερή είναι πρωτεΐνες που περιέχουν δύο διαφορετικά πρωτομερή.

Εάν οι πρωτεΐνες περιέχουν διαφορετικά πρωτομερή, τότε μπορούν να σχηματιστούν πάνω τους κέντρα δέσμευσης με διαφορετικούς συνδέτες που διαφέρουν στη δομή. Όταν ένας συνδέτης δεσμεύεται στην ενεργό θέση, η λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης εκδηλώνεται. Ένα κέντρο που βρίσκεται σε διαφορετικό πρωτομερές ονομάζεται αλλοστερικό (διαφορετικό από το ενεργό). Επικοινωνώντας αλλοστερικός συνδέτης ή τελεστής,εκτελεί μια ρυθμιστική λειτουργία (Εικ. 1.18). Η αλληλεπίδραση του αλλοστερικού κέντρου με τον τελεστή προκαλεί διαμορφωτικές αλλαγές στη δομή ολόκληρης της ολιγομερικής πρωτεΐνης λόγω της διαμορφωτικής της αστάθειας. Αυτό επηρεάζει τη συγγένεια της ενεργού θέσης για ένα συγκεκριμένο συνδετήρα και ρυθμίζει τη λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης. Μια αλλαγή στη διαμόρφωση και τη λειτουργία όλων των πρωτομερών κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης μιας ολιγομερούς πρωτεΐνης με τουλάχιστον έναν συνδέτη ονομάζεται συνεργατικές διαμορφωτικές αλλαγές. Οι δράσεις που ενισχύουν τη λειτουργία των πρωτεϊνών ονομάζονται ενεργοποιητές,και τελεστές που αναστέλλουν τη λειτουργία του - αναστολείς.

Έτσι, οι ολιγομερείς πρωτεΐνες, καθώς και οι πρωτεΐνες με δομή τομέα, έχουν μια νέα ιδιότητα σε σύγκριση με τις μονομερείς πρωτεΐνες - την ικανότητα αλλοστερικής ρύθμισης των λειτουργιών (ρύθμιση με σύνδεση διαφορετικών προσδεμάτων στην πρωτεΐνη). Αυτό μπορεί να φανεί συγκρίνοντας τις δομές και τις λειτουργίες δύο στενά συνδεδεμένων σύνθετων πρωτεϊνών, της μυοσφαιρίνης και της αιμοσφαιρίνης.

Ρύζι. 1.18. Σχήμα δομής διμερούς πρωτεΐνης

2. Σχηματισμός χωρικών δομών και λειτουργία μυοσφαιρίνης.

Η μυοσφαιρίνη (Mb) είναι μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στους κόκκινους μύες, η κύρια λειτουργία της οποίας είναι να δημιουργεί αποθέματα Ο 2 απαραίτητα για έντονη μυϊκή εργασία. Το Mb είναι μια σύνθετη πρωτεΐνη που περιέχει ένα πρωτεϊνικό μέρος - apoMb και ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - την αίμη. Η πρωταρχική δομή του apoMB καθορίζει τη συμπαγή σφαιρική του διαμόρφωση και τη δομή του ενεργού κέντρου, στο οποίο συνδέεται το μη πρωτεϊνικό τμήμα της μυοσφαιρίνης, η αίμη. Το οξυγόνο που προέρχεται από το αίμα στους μύες συνδέεται με τις αίμες Fe+2 στη μυοσφαιρίνη. Το Mb είναι μια μονομερής πρωτεΐνη που έχει πολύ υψηλή συγγένεια για το O 2, επομένως η απελευθέρωση οξυγόνου από τη μυοσφαιρίνη συμβαίνει μόνο κατά τη διάρκεια έντονης μυϊκής εργασίας, όταν η μερική πίεση του O 2 μειώνεται απότομα.

Σχηματισμός της διαμόρφωσης Mv.Στους κόκκινους μύες, στα ριβοσώματα κατά τη μετάφραση, συντίθεται η πρωταρχική δομή του ΜΒ, που αντιπροσωπεύεται από μια συγκεκριμένη αλληλουχία 153 υπολειμμάτων αμινοξέων. Η δευτερεύουσα δομή του Mb περιέχει οκτώ α-έλικες, που ονομάζονται με λατινικά γράμματα από το Α έως το Η, μεταξύ των οποίων υπάρχουν μη ελικοειδείς περιοχές. Η τριτογενής δομή του Mb έχει τη μορφή συμπαγούς σφαιριδίου, στην εσοχή του οποίου βρίσκεται το ενεργό κέντρο μεταξύ των α-έλικων F και E (Εικ. 1.19).

Ρύζι. 1.19. Δομή μυοσφαιρίνης

3. Χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας του ενεργού κέντρου του MV.Το ενεργό κέντρο του Mb σχηματίζεται κυρίως από υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων, σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους στην πρωτογενή δομή (για παράδειγμα, Tri 3 9 και Fen 138) Ελάχιστα διαλυτά στο νερό συνδέτες - αίμη και O 2 - προσκολλώνται στο ενεργό κέντρο. Η αίμη είναι ένας ειδικός συνδέτης του apoMB (Εικ. 1.20), η βάση του οποίου αποτελείται από τέσσερις δακτυλίους πυρρολίου που συνδέονται με γέφυρες μεθενυλίου. στο κέντρο υπάρχει ένα άτομο Fe+ 2 συνδεδεμένο με τα άτομα αζώτου των δακτυλίων πυρρολίου με τέσσερις δεσμούς συντονισμού. Στο ενεργό κέντρο του Mb, εκτός από τις υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων, υπάρχουν επίσης υπολείμματα δύο αμινοξέων με υδρόφιλες ρίζες - Gis E 7(Gis 64) και GIS F 8(Το 93 του) (Εικ. 1.21).

Ρύζι. 1.20. Η δομή της αίμης - το μη πρωτεϊνικό μέρος της μυοσφαιρίνης και της αιμοσφαιρίνης

Ρύζι. 1.21. Εντόπιση της αίμης και του Ο2 στην ενεργό θέση της απομυοσφαιρίνης και των πρωτομερών της αιμοσφαιρίνης

Η αίμη συνδέεται ομοιοπολικά με το His F8 μέσω ενός ατόμου σιδήρου. Το O 2 προσκολλάται στο σίδερο στην άλλη πλευρά του επιπέδου αίμης. Το E 7 του είναι απαραίτητο για τον σωστό προσανατολισμό του O 2 και διευκολύνει την προσθήκη οξυγόνου στην αίμη Fe + 2

GIS F 8σχηματίζει δεσμό συντονισμού με το Fe+2 και σταθεροποιεί την αίμη στο ενεργό κέντρο. Gis E 7απαραίτητο για τον σωστό προσανατολισμό στο ενεργό κέντρο ενός άλλου συνδέτη - O 2 κατά την αλληλεπίδρασή του με την αίμη Fe + 2. Το μικροπεριβάλλον της αίμης δημιουργεί συνθήκες για ισχυρή αλλά αναστρέψιμη δέσμευση του O 2 με το Fe + 2 και εμποδίζει το νερό να εισέλθει στην υδρόφοβη ενεργή θέση, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στην οξείδωσή του σε Fe + 3.

Η μονομερής δομή του Mb και το ενεργό κέντρο του καθορίζει την υψηλή συγγένεια της πρωτεΐνης για το O 2.

4. Ολιγομερής δομή της Hb και ρύθμιση της συγγένειας της Hb προς τους συνδέτες O 2. Ανθρώπινες αιμοσφαιρίνες- μια οικογένεια πρωτεϊνών, όπως η μυοσφαιρίνη, που σχετίζεται με σύνθετες πρωτεΐνες (αιμοπρωτεΐνες). Έχουν τετραμερή δομή και περιέχουν δύο α-αλυσίδες, αλλά διαφέρουν ως προς τη δομή των άλλων δύο πολυπεπτιδικών αλυσίδων (2α-, 2χ-αλυσίδες). Η δομή της δεύτερης πολυπεπτιδικής αλυσίδας καθορίζει τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας αυτών των μορφών Hb. Περίπου το 98% της αιμοσφαιρίνης στα ερυθρά αιμοσφαίρια ενός ενήλικα είναι αιμοσφαιρίνη Α(2α-, 2ρ-αλυσίδες).

Κατά την ανάπτυξη του εμβρύου λειτουργούν δύο κύριοι τύποι αιμοσφαιρινών: εμβρυϊκή Hb(2α, 2ε), το οποίο βρίσκεται στο πρώιμα στάδιαανάπτυξη του εμβρύου και αιμοσφαιρίνη F (εμβρυϊκή)- (2α, 2γ), που αντικαθιστά την πρώιμη εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη στον έκτο μήνα της ενδομήτριας ανάπτυξης και μόνο μετά τη γέννηση αντικαθίσταται από Hb A.

Το HB A είναι μια πρωτεΐνη που σχετίζεται με τη μυοσφαιρίνη (MB) που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια του ενήλικου ανθρώπου. Η δομή των μεμονωμένων πρωτομερών του είναι παρόμοια με αυτή της μυοσφαιρίνης. Οι δευτερογενείς και τριτοταγείς δομές της μυοσφαιρίνης και των πρωτομερών αιμοσφαιρίνης είναι πολύ παρόμοιες, παρά το γεγονός ότι στην πρωτογενή δομή των πολυπεπτιδικών τους αλυσίδων μόνο 24 υπολείμματα αμινοξέων είναι πανομοιότυπα (η δευτερογενής δομή των πρωτομερών αιμοσφαιρίνης, όπως η μυοσφαιρίνη, περιέχει οκτώ α-έλικες, χαρακτηρίζεται με λατινικά γράμματα από το A έως το H, και η τριτογενής δομή έχει τη μορφή συμπαγούς σφαιριδίου). Αλλά σε αντίθεση με τη μυοσφαιρίνη, η αιμοσφαιρίνη έχει μια ολιγομερή δομή, που αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδέονται με μη ομοιοπολικούς δεσμούς (Εικόνα 1.22).

Κάθε πρωτομερές Hb σχετίζεται με ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - την αίμη και τα γειτονικά πρωτομερή. Η σύνδεση του πρωτεϊνικού τμήματος της Hb με την αίμη είναι παρόμοια με εκείνη της μυοσφαιρίνης: στο ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης, τα υδρόφοβα μέρη της αίμης περιβάλλονται από υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων με εξαίρεση τα His F 8 και His E 7, που βρίσκονται και στις δύο πλευρές του επιπέδου της αίμης και παίζουν παρόμοιο ρόλο στη λειτουργία της πρωτεΐνης και στη σύνδεσή της με το οξυγόνο (βλ. δομή της μυοσφαιρίνης).

Ρύζι. 1.22. Ολιγομερής δομή της αιμοσφαιρίνης

Εκτός, Gis E 7εκτελεί ένα σημαντικό πρόσθετο ρόλοστη λειτουργία του Nv. Η ελεύθερη αίμη έχει 25.000 φορές μεγαλύτερη συγγένεια για το CO από ό,τι για το Ο2. Το CO σχηματίζεται σε μικρές ποσότητες στο σώμα και, δεδομένης της υψηλής συγγένειάς του για την αίμη, θα μπορούσε να διαταράξει τη μεταφορά του O 2 που είναι απαραίτητο για τη ζωή των κυττάρων. Ωστόσο, στη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης, η συγγένεια της αίμης για το μονοξείδιο του άνθρακα υπερβαίνει τη συγγένεια για το O 2 μόνο κατά 200 φορές λόγω της παρουσίας του His E 7 στο ενεργό κέντρο. Το υπόλοιπο αυτού του αμινοξέος δημιουργεί τις βέλτιστες συνθήκες για τη δέσμευση της αίμης στο O 2 και εξασθενεί την αλληλεπίδραση της αίμης με το CO.

5. Η κύρια λειτουργία του HB είναι η μεταφορά του O2 από τους πνεύμονες στους ιστούς.Σε αντίθεση με τη μονομερή μυοσφαιρίνη, η οποία έχει πολύ υψηλή συγγένεια για το O2 και εκτελεί τη λειτουργία της αποθήκευσης οξυγόνου στους κόκκινους μύες, η ολιγομερής δομή της αιμοσφαιρίνης παρέχει:

1) γρήγορος κορεσμός της HB με οξυγόνο στους πνεύμονες.

2) την ικανότητα του HB να απελευθερώνει οξυγόνο στους ιστούς σε σχετικά υψηλή μερική πίεση O 2 (20-40 mm Hg).

3) η δυνατότητα ρύθμισης της συγγένειας της Hb προς το O 2.

6. Συνεργατικές αλλαγές στη διαμόρφωση των πρωτομερών αιμοσφαιρίνης επιταχύνουν τη δέσμευση του O 2 στους πνεύμονες και την απελευθέρωσή του στους ιστούς. Στους πνεύμονες, η υψηλή μερική πίεση του O 2 προάγει τη δέσμευσή του με Hb στην ενεργό θέση τεσσάρων πρωτομερών (2α και 2β). Το ενεργό κέντρο κάθε πρωτομερούς, όπως και στη μυοσφαιρίνη, βρίσκεται ανάμεσα σε δύο α-έλικες (F και E) σε έναν υδρόφοβο θύλακα. Περιέχει ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - αίμη, συνδεδεμένο με το πρωτεϊνικό τμήμα με πολλές ασθενείς υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και έναν ισχυρό δεσμό μεταξύ Fe 2 + αίμη και His F 8 (βλ. Εικ. 1.21).

Στην δεοξυαιμοσφαιρίνη, λόγω αυτού του δεσμού με το His F 8, το άτομο Fe 2 + προεξέχει από το επίπεδο της αίμης προς την ιστιδίνη. Η δέσμευση του O 2 με το Fe 2 + συμβαίνει στην άλλη πλευρά της αίμης στην περιοχή His E 7 χρησιμοποιώντας έναν απλό ελεύθερο δεσμό συντονισμού. Το Ε 7 του παρέχει βέλτιστες συνθήκες για τη δέσμευση του Ο 2 με τον αιμικό σίδηρο.

Η προσθήκη O 2 στο άτομο Fe + 2 ενός πρωτομερούς προκαλεί την κίνησή του στο επίπεδο της αίμης, ακολουθούμενη από το υπόλειμμα ιστιδίνης που σχετίζεται με αυτό

Ρύζι. 1.23. Αλλαγή στη διαμόρφωση του πρωτομερούς αιμοσφαιρίνης όταν συνδυάζεται με O 2

Αυτό οδηγεί σε μια αλλαγή στη διαμόρφωση όλων των πολυπεπτιδικών αλυσίδων λόγω της διαμορφωτικής τους αστάθειας. Η αλλαγή της διαμόρφωσης άλλων αλυσίδων διευκολύνει την αλληλεπίδρασή τους με τα επόμενα μόρια O 2.

Το τέταρτο μόριο O 2 προσκολλάται στην αιμοσφαιρίνη 300 φορές ευκολότερα από το πρώτο (Εικ. 1.24).

Ρύζι. 1.24. Συνεργατικές αλλαγές στη διαμόρφωση των πρωτομερών αιμοσφαιρίνης κατά την αλληλεπίδρασή της με το Ο2

Στους ιστούς, κάθε επόμενο μόριο O 2 αποκόπτεται πιο εύκολα από το προηγούμενο, επίσης λόγω συνεργατικών αλλαγών στη διαμόρφωση των πρωτομερών.

7. CO 2 και H+ που σχηματίζονται κατά τον καταβολισμό οργανική ύλη, μειώνουν τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το O 2 ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους. Η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία του κυττάρου παράγεται κυρίως στα μιτοχόνδρια κατά την οξείδωση οργανικών ουσιών με χρήση O 2 που απελευθερώνεται από τους πνεύμονες από την αιμοσφαιρίνη. Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των οργανικών ουσιών, σχηματίζονται τα τελικά προϊόντα της αποσύνθεσής τους: CO 2 και K 2 O, η ποσότητα των οποίων είναι ανάλογη με την ένταση των συνεχιζόμενων διεργασιών οξείδωσης.

Το CO 2 διαχέεται από τα κύτταρα στο αίμα και διεισδύει στα ερυθρά αιμοσφαίρια, όπου, υπό τη δράση του ενζύμου carbanhydrase, μετατρέπεται σε ανθρακικό οξύ. Αυτό το ασθενές οξύ διασπάται σε ένα πρωτόνιο και ένα διττανθρακικό ιόν.

Τα H+ είναι ικανά να ενωθούν με τις ρίζες Του 14 6 στις α- και β-αλυσίδες της αιμοσφαιρίνης, δηλ. σε περιοχές απομακρυσμένες από την αίμη. Η πρωτονίωση της αιμοσφαιρίνης μειώνει τη συγγένειά της για το O 2, προάγει την απομάκρυνση του O 2 από το oxyHb, το σχηματισμό deoxyHb και αυξάνει την παροχή οξυγόνου στους ιστούς αναλογικά με τον αριθμό των πρωτονίων που σχηματίζονται (Εικ. 1.25).

Μια αύξηση στην ποσότητα του απελευθερωμένου οξυγόνου ανάλογα με την αύξηση της συγκέντρωσης Η+ στα ερυθρά αιμοσφαίρια ονομάζεται φαινόμενο Bohr (που πήρε το όνομά του από τον Δανό φυσιολόγο Christian Bohr, ο οποίος ανακάλυψε πρώτος αυτό το φαινόμενο).

Στους πνεύμονες, μια υψηλή μερική πίεση οξυγόνου προάγει τη σύνδεσή του με το deoxyHb, το οποίο μειώνει τη συγγένεια της πρωτεΐνης για το H +. Τα απελευθερωμένα πρωτόνια υπό τη δράση του ανθρακικού οξέος αντιδρούν με διττανθρακικά για να σχηματίσουν CO 2 και H 2 O

Ρύζι. 1,25. Εξάρτηση της συγγένειας της Hb για το O 2 από τη συγκέντρωση του CO 2 και των πρωτονίων (φαινόμενο Bohr):

ΕΝΑ- επίδραση της συγκέντρωσης CO 2 και H+ στην απελευθέρωση O 2 από το σύμπλοκο με HB (φαινόμενο Bohr). σι- οξυγόνωση δεοξυαιμοσφαιρίνης στους πνεύμονες, σχηματισμός και απελευθέρωση CO 2.

Το CO 2 που προκύπτει εισέρχεται στον κυψελιδικό χώρο και απομακρύνεται με εκπνεόμενο αέρα. Έτσι, η ποσότητα οξυγόνου που απελευθερώνεται από την αιμοσφαιρίνη στους ιστούς ρυθμίζεται από τα προϊόντα του καταβολισμού των οργανικών ουσιών: όσο πιο έντονη είναι η διάσπαση των ουσιών, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια σωματικής άσκησης, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση CO 2 και H + και τόσο περισσότερο οξυγόνο οι ιστοί λαμβάνουν ως αποτέλεσμα της μείωσης της συγγένειας της Hb για το O 2.

8. Αλλοστερική ρύθμιση της συγγένειας της Hb για το O2 από τον συνδέτη - 2,3-διφωσφογλυκερικό.Στα ερυθροκύτταρα, ο αλλοστερικός συνδέτης της αιμοσφαιρίνης, το 2,3-διφωσφογλυκερικό (2,3-BPG), συντίθεται από το προϊόν της οξείδωσης της γλυκόζης - 1,3-διφωσφογλυκερικό. Υπό κανονικές συνθήκες, η συγκέντρωση της 2,3-BPG είναι υψηλή και συγκρίσιμη με τη συγκέντρωση της Hb. Το 2,3-BPG έχει ισχυρό αρνητικό φορτίο -5.

Το διφωσφογλυκερικό στα τριχοειδή ιστού, που συνδέεται με την δεοξυαιμοσφαιρίνη, αυξάνει την απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς, μειώνοντας τη συγγένεια της Hb για το O 2.

Στο κέντρο του τετραμερούς μορίου της αιμοσφαιρίνης βρίσκεται μια κοιλότητα. Σχηματίζεται από υπολείμματα αμινοξέων και των τεσσάρων πρωτομερών (βλ. Εικ. 1.22). Στα τριχοειδή των ιστών, η πρωτονίωση της Hb (φαινόμενο Bohr) οδηγεί στη ρήξη του δεσμού μεταξύ του σιδήρου αίμης και του Ο2. Σε ένα μόριο

η δεοξυαιμοσφαιρίνη σε σύγκριση με την οξυαιμοσφαιρίνη υπάρχουν επιπλέον ιοντικούς δεσμούς, συνδέοντας πρωτομερή, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι διαστάσεις της κεντρικής κοιλότητας σε σύγκριση με την οξυαιμοσφαιρίνη. Η κεντρική κοιλότητα είναι η θέση σύνδεσης του 2,3-BPG στην αιμοσφαιρίνη. Λόγω της διαφοράς στο μέγεθος της κεντρικής κοιλότητας, το 2,3-BPG μπορεί να προσκολληθεί μόνο στην δεοξυαιμοσφαιρίνη.

Το 2,3-BPG αλληλεπιδρά με την αιμοσφαιρίνη σε μια θέση μακριά από τα ενεργά κέντρα της πρωτεΐνης και ανήκει αλλοστερική(ρυθμιστικοί) συνδέτες, και η κεντρική κοιλότητα της Hb είναι αλλοστερικό κέντρο.Το 2,3-BPG έχει ισχυρό αρνητικό φορτίο και αλληλεπιδρά με πέντε θετικά φορτισμένες ομάδες των δύο β-αλυσίδων της Hb: τη Ν-τελική α-αμινο ομάδα του Val και τις ρίζες Lys 82 His 143 (Εικ. 1.26).

Ρύζι. 1.26. BPG στην κεντρική κοιλότητα της δεοξυαιμοσφαιρίνης

Το BPG συνδέεται με τρεις θετικά φορτισμένες ομάδες σε κάθε β-κλώνο.

Στα τριχοειδή ιστού, η προκύπτουσα δεοξυαιμοσφαιρίνη αλληλεπιδρά με 2,3-BPG και σχηματίζονται ιοντικοί δεσμοί μεταξύ των θετικά φορτισμένων ριζών των β-αλυσίδων και του αρνητικά φορτισμένου συνδέτη, οι οποίοι αλλάζουν τη διαμόρφωση της πρωτεΐνης και μειώνουν τη συγγένεια της Hb για το O2. . Η μείωση της συγγένειας της Hb για το O 2 συμβάλλει στην αποτελεσματικότερη απελευθέρωση του O 2 στον ιστό.

Στους πνεύμονες, σε υψηλή μερική πίεση, το οξυγόνο αλληλεπιδρά με την Hb, ενώνοντας τον αιμικό σίδηρο. Σε αυτή την περίπτωση, η διαμόρφωση της πρωτεΐνης αλλάζει, η κεντρική κοιλότητα μειώνεται και 2,3-BPG μετατοπίζεται από το αλλοστερικό κέντρο

Έτσι, οι ολιγομερείς πρωτεΐνες έχουν νέες ιδιότητες σε σύγκριση με τις μονομερείς πρωτεΐνες. Προσκόλληση προσδεμάτων σε θέσεις

χωρικά απομακρυσμένα το ένα από το άλλο (αλλοστερικό), μπορεί να προκαλέσει αλλαγές διαμόρφωσης σε ολόκληρο το μόριο πρωτεΐνης. Λόγω της αλληλεπίδρασης με ρυθμιστικούς συνδέτες, εμφανίζεται μια αλλαγή στη διαμόρφωση και προσαρμογή της λειτουργίας του μορίου πρωτεΐνης στις περιβαλλοντικές αλλαγές.

ΘΕΜΑ 1.5. ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΓΓΕΝΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Στα κύτταρα, κατά τη σύνθεση πολυπεπτιδικών αλυσίδων, τη μεταφορά τους μέσω μεμβρανών στα αντίστοιχα μέρη του κυττάρου, κατά τη διαδικασία αναδίπλωσης (σχηματισμός της φυσικής διαμόρφωσης) και κατά τη συναρμολόγηση ολιγομερών πρωτεϊνών, καθώς και κατά τη λειτουργία τους, ενδιάμεσο , επιρρεπείς σε συσσωμάτωση, ασταθείς διαμορφώσεις προκύπτουν στη δομή της πρωτεΐνης. Οι υδρόφοβες ρίζες, συνήθως κρυμμένες μέσα στο πρωτεϊνικό μόριο στην φυσική διαμόρφωση, εμφανίζονται στην επιφάνεια σε ασταθή διαμόρφωση και τείνουν να συνδυάζονται με ομάδες άλλων πρωτεϊνών που είναι ελάχιστα διαλυτές στο νερό. Στα κύτταρα όλων των γνωστών οργανισμών, έχουν βρεθεί ειδικές πρωτεΐνες που εξασφαλίζουν τη βέλτιστη αναδίπλωση των πρωτεϊνών των κυττάρων, σταθεροποιούν τη φυσική τους διαμόρφωση κατά τη λειτουργία και, κυρίως, διατηρούν τη δομή και τις λειτουργίες των ενδοκυτταρικών πρωτεϊνών όταν διαταράσσεται η ομοιόσταση. Αυτές οι πρωτεΐνες ονομάζονται "συνοδοί"που σημαίνει «νταντά» στα γαλλικά.

1. Μοριακές συνοδούς και ο ρόλος τους στην πρόληψη της μετουσίωσης των πρωτεϊνών.

Οι συνοδοί (CH) ταξινομούνται ανάλογα με τη μάζα των υπομονάδων τους. Οι συνοδοί υψηλού μοριακού βάρους έχουν μάζα από 60 έως 110 kDa. Μεταξύ αυτών, τρεις κατηγορίες έχουν μελετηθεί περισσότερο: Sh-60, Sh-70 και Sh-90. Κάθε κατηγορία περιλαμβάνει μια οικογένεια σχετικών πρωτεϊνών. Έτσι, το Sh-70 περιλαμβάνει πρωτεΐνες με μοριακό βάρος από 66 έως 78 kDa. Οι συνοδοί χαμηλού μοριακού βάρους έχουν μοριακό βάρος από 40 έως 15 kDa.

Ανάμεσα στους συνοδούς υπάρχουν συστατικόπρωτεΐνες, η υψηλή βασική σύνθεση των οποίων δεν εξαρτάται από τις επιδράσεις του στρες στα κύτταρα του σώματος και παρακίνητος,η σύνθεση των οποίων υπό κανονικές συνθήκες είναι αδύναμη, αλλά αυξάνεται απότομα υπό πίεση. Οι επαγώγιμες συνοδούς ονομάζονται επίσης «πρωτεΐνες θερμικού σοκ» επειδή ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά σε κύτταρα που εκτέθηκαν σε υψηλές θερμοκρασίες. Στα κύτταρα, λόγω της υψηλής συγκέντρωσης πρωτεϊνών, η αυθόρμητη επανενεργοποίηση των μερικώς μετουσιωμένων πρωτεϊνών είναι δύσκολη. Το Sh-70 μπορεί να αποτρέψει την έναρξη της μετουσίωσης και να βοηθήσει στην αποκατάσταση της φυσικής διαμόρφωσης των πρωτεϊνών. Molecular chaperones-70- μια εξαιρετικά διατηρημένη κατηγορία πρωτεϊνών που βρίσκεται σε όλα τα μέρη του κυττάρου: κυτταρόπλασμα, πυρήνας, ενδοπλασματικό δίκτυο, μιτοχόνδρια. Στο καρβοξυλικό άκρο της μονής πολυπεπτιδικής αλυσίδας Ш-70 υπάρχει μια περιοχή που είναι μια αυλάκωση ικανή να αλληλεπιδρά με πεπτίδια μήκους

από 7 έως 9 υπολείμματα αμινοξέων εμπλουτισμένα με υδρόφοβες ρίζες. Τέτοιες περιοχές στις σφαιρικές πρωτεΐνες εμφανίζονται περίπου κάθε 16 αμινοξέα. Το Sh-70 είναι ικανό να προστατεύει τις πρωτεΐνες από την απενεργοποίηση της θερμοκρασίας και να αποκαθιστά τη διαμόρφωση και τη δραστηριότητα των μερικώς μετουσιωμένων πρωτεϊνών.

2. Ο ρόλος των συνοδών στην αναδίπλωση πρωτεΐνης.Κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης στο ριβόσωμα, η Ν-τερματική περιοχή του πολυπεπτιδίου συντίθεται πριν από την C-τερματική. Για να σχηματιστεί η φυσική διαμόρφωση, απαιτείται η πλήρης αλληλουχία αμινοξέων της πρωτεΐνης. Στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης, οι chaperones-70, λόγω της δομής του ενεργού κέντρου τους, είναι σε θέση να κλείσουν περιοχές του πολυπεπτιδίου που είναι επιρρεπείς σε συσσωμάτωση, εμπλουτισμένες σε υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων μέχρι να ολοκληρωθεί η σύνθεση (Εικόνα 1.27, Α. ).

Ρύζι. 1.27. Συμμετοχή συνοδών στο δίπλωμα πρωτεΐνης

Α - συμμετοχή των chaperones-70 στην πρόληψη υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων μεταξύ τμημάτων του συντιθέμενου πολυπεπτιδίου. Β - σχηματισμός της φυσικής διαμόρφωσης της πρωτεΐνης στο σύμπλεγμα συνοδών

Πολλές υψηλού μοριακές πρωτεΐνες που έχουν μια πολύπλοκη διαμόρφωση, όπως μια δομή τομέα, αναδιπλώνονται σε έναν ειδικό χώρο που σχηματίζεται από το Sh-60. Ш-60λειτουργούν ως ένα ολιγομερές σύμπλοκο που αποτελείται από 14 υπομονάδες. Σχηματίζουν δύο κοίλους δακτυλίους, καθένας από τους οποίους αποτελείται από επτά υπομονάδες, αυτοί οι δακτύλιοι συνδέονται μεταξύ τους. Κάθε υπομονάδα Sh-60 αποτελείται από τρεις περιοχές: κορυφαία (ακρορριζική), εμπλουτισμένη με υδρόφοβες ρίζες που αντιμετωπίζουν την κοιλότητα του δακτυλίου, ενδιάμεσο και ισημερινό (Εικ. 1.28).

Ρύζι. 1.28. Δομή του συμπλέγματος chaperonin που αποτελείται από 14 Ш-60

A - πλάγια όψη. Β - κάτοψη

Οι συντιθέμενες πρωτεΐνες, οι οποίες έχουν στοιχεία στην επιφάνεια χαρακτηριστικά των ξεδιπλωμένων μορίων, ιδιαίτερα υδρόφοβες ρίζες, εισέρχονται στην κοιλότητα των δακτυλίων συνοδού. Στο συγκεκριμένο περιβάλλον αυτών των κοιλοτήτων, αναζητούνται πιθανές διαμορφώσεις μέχρι να βρεθεί η μόνη που είναι ενεργειακά πιο ευνοϊκή (Εικ. 1.27, Β). Ο σχηματισμός διαμορφώσεων και η απελευθέρωση πρωτεΐνης συνοδεύεται από Υδρόλυση ATPστην περιοχή του Ισημερινού. Τυπικά, μια τέτοια αναδίπλωση που εξαρτάται από τον συνοδό απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας.

Εκτός από τη συμμετοχή στο σχηματισμό της τρισδιάστατης δομής των πρωτεϊνών και την αναγέννηση μερικώς μετουσιωμένων πρωτεϊνών, οι συνοδοί είναι επίσης απαραίτητοι για την εμφάνιση θεμελιωδών διεργασιών όπως η συναρμολόγηση ολιγομερών πρωτεϊνών, η αναγνώριση και η μεταφορά μετουσιωμένων πρωτεϊνών στα λυσοσώματα. μεταφορά πρωτεϊνών μέσω των μεμβρανών και συμμετοχή στη ρύθμιση της δραστηριότητας των πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων.

ΘΕΜΑ 1.6. ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ. ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΑΝΟΣΟσφαιρινών

1. Οι πρωτεΐνες παίζουν καθοριστικό ρόλο στη ζωή των μεμονωμένων κυττάρων και των πάντων πολυκύτταρος οργανισμός, και οι λειτουργίες τους είναι εκπληκτικά διαφορετικές. Αυτό καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά της πρωτογενούς δομής και τις διαμορφώσεις των πρωτεϊνών, τη μοναδική δομή του ενεργού κέντρου και την ικανότητα δέσμευσης συγκεκριμένων προσδεμάτων.

Μόνο ένα πολύ μικρό κλάσμα όλων των πιθανών παραλλαγών των πεπτιδικών αλυσίδων μπορεί να υιοθετήσει μια σταθερή χωρική δομή. η πλειοψηφία

από αυτά μπορούν να λάβουν πολλές διαμορφώσεις με περίπου την ίδια ενέργεια Gibbs, αλλά με διαφορετικές ιδιότητες. Επιλέχτηκε η πρωτογενής δομή των περισσότερων γνωστών πρωτεϊνών βιολογική εξέλιξη, παρέχει εξαιρετική σταθερότητα μιας από τις διαμορφώσεις, η οποία καθορίζει τις ιδιαιτερότητες της λειτουργίας αυτής της πρωτεΐνης.

2. Οικογένειες πρωτεϊνών.Μέσα στο ίδιο βιολογικό είδος, οι υποκαταστάσεις υπολειμμάτων αμινοξέων μπορούν να οδηγήσουν στην εμφάνιση διαφορετικών πρωτεϊνών που εκτελούν σχετικές λειτουργίες και έχουν ομόλογες αλληλουχίεςαμινοξέα. Τέτοιες σχετικές πρωτεΐνες έχουν εντυπωσιακά παρόμοιες διαμορφώσεις: ο αριθμός και οι σχετικές θέσεις των α-έλικων και/ή των β-δομών και οι περισσότερες στροφές και στροφές των πολυπεπτιδικών αλυσίδων είναι παρόμοιες ή πανομοιότυπες. Πρωτεΐνες με ομόλογες περιοχές της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, παρόμοια διαμόρφωση και σχετικές λειτουργίες ταξινομούνται σε οικογένειες πρωτεϊνών. Παραδείγματα οικογενειών πρωτεϊνών: πρωτεϊνάσες σερίνης, οικογένεια ανοσοσφαιρινών, οικογένεια μυοσφαιρίνης.

Πρωτεϊνάσες σερίνης- μια οικογένεια πρωτεϊνών που εκτελούν τη λειτουργία των πρωτεολυτικών ενζύμων. Αυτά περιλαμβάνουν πεπτικά ένζυμα - χυμοθρυψίνη, θρυψίνη, ελαστάση και πολλούς παράγοντες πήξης του αίματος. Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν πανομοιότυπα αμινοξέα στο 40% των θέσεων τους και πολύ παρόμοια διαμόρφωση (Εικ. 1.29).

Ρύζι. 1.29. Χωρικές δομέςελαστάση (Α) και χυμοθρυψίνη (Β)

Ορισμένες υποκαταστάσεις αμινοξέων έχουν οδηγήσει σε αλλαγές στην εξειδίκευση του υποστρώματος αυτών των πρωτεϊνών και στην εμφάνιση λειτουργικής ποικιλομορφίας εντός της οικογένειας.

3. Οικογένεια ανοσοσφαιρινών.Στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος, οι πρωτεΐνες της υπεροικογένειας των ανοσοσφαιρινών παίζουν τεράστιο ρόλο, η οποία περιλαμβάνει τρεις οικογένειες πρωτεϊνών:

Αντισώματα (ανοσοσφαιρίνες);

Υποδοχείς Τ-λεμφοκυττάρων;

Πρωτεΐνες του κύριου συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας - MHC κλάσεις 1 και 2 (Major Histocompatibility Complex).

Όλες αυτές οι πρωτεΐνες έχουν δομή πεδίου, αποτελούνται από ομόλογες περιοχές που μοιάζουν με ανοσοποιητικό και εκτελούν παρόμοιες λειτουργίες: αλληλεπιδρούν με ξένες δομές, είτε διαλυμένες στο αίμα, λέμφο ή μεσοκυττάριο υγρό (αντισώματα), είτε βρίσκονται στην επιφάνεια των κυττάρων (δικά τους ή ξένο).

4. Αντισώματα- ειδικές πρωτεΐνες που παράγονται από τα Β λεμφοκύτταρα ως απόκριση στην είσοδο μιας ξένης δομής στο σώμα, που ονομάζονται αντιγόνο.

Χαρακτηριστικά της δομής των αντισωμάτων

Τα απλούστερα μόρια αντισωμάτων αποτελούνται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες: δύο πανομοιότυπες ελαφριές - L, που περιέχουν περίπου 220 αμινοξέα, και δύο πανομοιότυπες βαριές - Η, που αποτελούνται από 440-700 αμινοξέα. Και οι τέσσερις αλυσίδες στο μόριο του αντισώματος συνδέονται με πολλούς μη ομοιοπολικούς δεσμούς και τέσσερις δισουλφιδικούς δεσμούς (Εικ. 1.30).

Οι ελαφριές αλυσίδες αντισωμάτων αποτελούνται από δύο τομείς: μια μεταβλητή περιοχή (VL), που βρίσκεται στη Ν-τελική περιοχή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας και μια σταθερή περιοχή (CL), που βρίσκεται στο C-άκρο. Οι βαριές αλυσίδες έχουν συνήθως τέσσερις τομείς: μία μεταβλητή (VH), που βρίσκεται στο Ν-άκρο, και τρεις σταθερές περιοχές (CH1, CH2, CH3) (βλ. Εικ. 1.30). Κάθε τομέας ανοσοσφαιρίνης έχει μια υπερδομή β-φύλλου στην οποία δύο υπολείμματα κυστεΐνης συνδέονται με έναν δισουλφιδικό δεσμό.

Μεταξύ των δύο σταθερών περιοχών CH1 και CH2 υπάρχει μια περιοχή που περιέχει μεγάλος αριθμόςυπολείμματα προλίνης, τα οποία εμποδίζουν το σχηματισμό δευτερογενούς δομής και την αλληλεπίδραση γειτονικών αλυσίδων Η σε αυτό το τμήμα. Αυτή η περιοχή άρθρωσης δίνει στο μόριο του αντισώματος ευελιξία. Μεταξύ των μεταβλητών περιοχών της βαριάς και της ελαφριάς αλυσίδας υπάρχουν δύο πανομοιότυπες θέσεις δέσμευσης αντιγόνου (ενεργές θέσεις για δέσμευση αντιγόνων), επομένως τέτοια αντισώματα ονομάζονται συχνά δισθενείς.Δεν εμπλέκεται ολόκληρη η αλληλουχία αμινοξέων των μεταβλητών περιοχών και των δύο αλυσίδων στη σύνδεση του αντιγόνου με το αντίσωμα, αλλά μόνο 20-30 αμινοξέα που βρίσκονται στις υπερμεταβλητές περιοχές κάθε αλυσίδας. Αυτές οι περιοχές είναι που καθορίζουν τη μοναδική ικανότητα κάθε τύπου αντισώματος να αλληλεπιδρά με το αντίστοιχο συμπληρωματικό αντιγόνο.

Τα αντισώματα είναι μια από τις γραμμές άμυνας του οργανισμού ενάντια σε εισβολείς ξένων οργανισμών. Η λειτουργία τους μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια: το πρώτο στάδιο είναι η αναγνώριση και η δέσμευση του αντιγόνου στην επιφάνεια ξένων οργανισμών, η οποία είναι δυνατή λόγω της παρουσίας θέσεων δέσμευσης αντιγόνου στη δομή του αντισώματος. το δεύτερο στάδιο είναι η έναρξη της διαδικασίας αδρανοποίησης και καταστροφής του αντιγόνου. Η ειδικότητα του δεύτερου σταδίου εξαρτάται από την κατηγορία των αντισωμάτων. Υπάρχουν πέντε κατηγορίες βαριών αλυσίδων, που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη δομή των σταθερών περιοχών: α, δ, ε, γ και μ, σύμφωνα με τις οποίες διακρίνονται πέντε κατηγορίες ανοσοσφαιρινών: A, D, E, G και M.

Τα δομικά χαρακτηριστικά των βαριών αλυσίδων δίνουν στις περιοχές άρθρωσης και στις C-τερματικές περιοχές των βαριών αλυσίδων ένα χαρακτηριστικό διαμόρφωσης κάθε κατηγορίας. Μετά τη σύνδεση του αντιγόνου σε ένα αντίσωμα, οι διαμορφωτικές αλλαγές στις σταθερές περιοχές καθορίζουν την οδό για την απομάκρυνση του αντιγόνου.

Ρύζι. 1. 30. Δομή τομέα IgG

Ανοσοσφαιρίνες Μ

Οι ανοσοσφαιρίνες Μ έχουν δύο μορφές.

Μονομερής μορφή- 1η κατηγορία αντισωμάτων που παράγονται από την ανάπτυξη Β λεμφοκυττάρων. Στη συνέχεια, πολλά Β κύτταρα μεταπηδούν στην παραγωγή άλλων τάξεων αντισωμάτων, αλλά με την ίδια θέση δέσμευσης αντιγόνου. Το IgM είναι ενσωματωμένο στη μεμβράνη και δρα ως υποδοχέας αναγνώρισης αντιγόνου. Η ενσωμάτωση του IgM στην κυτταρική μεμβράνη είναι δυνατή λόγω της παρουσίας 25 υδρόφοβων υπολειμμάτων αμινοξέων στο τμήμα της ουράς της περιοχής.

Εκκριτική μορφή IgMπεριέχει πέντε μονομερείς υπομονάδες συνδεδεμένες μεταξύ τους με δισουλφιδικούς δεσμούς και μια επιπλέον αλυσίδα πολυπεπτιδίου J (Εικ. 1.31). Οι βαριές αλυσίδες μονομερών αυτής της μορφής δεν περιέχουν υδρόφοβη ουρά. Το πενταμερές έχει 10 θέσεις δέσμευσης αντιγόνου και επομένως είναι αποτελεσματικό στην αναγνώριση και απομάκρυνση του αντιγόνου που εισέρχεται πρώτο στο σώμα. Η εκκριτική μορφή του IgM είναι η κύρια κατηγορία αντισωμάτων που εκκρίνονται στο αίμα κατά την πρωτογενή ανοσοαπόκριση. Η σύνδεση του IgM σε ένα αντιγόνο αλλάζει τη διαμόρφωση του IgM και προκαλεί τη δέσμευσή του στο πρώτο συστατικό πρωτεΐνης του συστήματος συμπληρώματος (το σύστημα συμπληρώματος είναι ένα σύνολο πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην καταστροφή του αντιγόνου) και την ενεργοποίηση αυτού του συστήματος. Εάν το αντιγόνο βρίσκεται στην επιφάνεια ενός μικροοργανισμού, το σύστημα συμπληρώματος προκαλεί παραβίαση της ακεραιότητας κυτταρική μεμβράνηκαι θάνατο του βακτηριακού κυττάρου.

Ανοσοσφαιρίνες G

Ποσοτικά, αυτή η κατηγορία ανοσοσφαιρινών κυριαρχεί στο αίμα (75% όλων των Igs). IgG - μονομερή, η κύρια κατηγορία αντισωμάτων που εκκρίνονται στο αίμα κατά τη διάρκεια μιας δευτερογενούς ανοσοαπόκρισης. Μετά την αλληλεπίδραση του IgG με τα επιφανειακά αντιγόνα των μικροοργανισμών, το σύμπλεγμα αντιγόνου-αντισώματος είναι σε θέση να δεσμεύει και να ενεργοποιεί πρωτεΐνες του συστήματος συμπληρώματος ή μπορεί να αλληλεπιδρά με συγκεκριμένους υποδοχείς μακροφάγων και ουδετερόφιλων. Η αλληλεπίδραση με τα φαγοκύτταρα οδηγεί

Ρύζι. 1.31. Δομή της εκκριτικής μορφής του IgM

στην απορρόφηση συμπλεγμάτων αντιγόνου-αντισώματος και στην καταστροφή τους στα κυτταρικά φαγοσώματα. Το IgG είναι η μόνη κατηγορία αντισωμάτων που είναι ικανά να διαπεράσουν τον φραγμό του πλακούντα και να παρέχουν ενδομήτρια προστασία του εμβρύου από λοιμώξεις.

Ανοσοσφαιρίνες Α

Η κύρια κατηγορία αντισωμάτων που υπάρχουν στις εκκρίσεις (γάλα, σάλιο, εκκρίσεις της αναπνευστικής οδού και του εντερικού σωλήνα). Το IgA εκκρίνεται κυρίως σε διμερή μορφή, όπου τα μονομερή συνδέονται μεταξύ τους μέσω μιας πρόσθετης αλυσίδας J (Εικ. 1.32).

Το IgA δεν αλληλεπιδρά με το σύστημα του συμπληρώματος και τα φαγοκυτταρικά κύτταρα, αλλά δεσμεύοντας σε μικροοργανισμούς, τα αντισώματα εμποδίζουν την προσκόλλησή τους στα επιθηλιακά κύτταρα και τη διείσδυσή τους στο σώμα.

Ανοσοσφαιρίνες Ε

Οι ανοσοσφαιρίνες Ε αντιπροσωπεύονται από μονομερή στα οποία οι βαριές ε-αλυσίδες περιέχουν, όπως και οι μ-αλυσίδες των ανοσοσφαιρινών Μ, μία μεταβλητή και τέσσερις σταθερές περιοχές. Μετά την έκκριση, η IgE συνδέεται με αυτήν

Ρύζι. 1.32. Δομή της IgA

C-τελικές περιοχές με αντίστοιχους υποδοχείς στην επιφάνεια των ιστιοκυττάρων και των βασεόφιλων. Ως αποτέλεσμα, γίνονται υποδοχείς για αντιγόνα στην επιφάνεια αυτών των κυττάρων (Εικ. 1.33).

Ρύζι. 1.33. Αλληλεπίδραση IgE με αντιγόνο στην επιφάνεια ενός ιστιοκυττάρου

Αφού το αντιγόνο συνδεθεί με τις αντίστοιχες θέσεις δέσμευσης αντιγόνου της IgE, τα κύτταρα λαμβάνουν ένα σήμα για να εκκρίνουν βιολογικά δραστικές ουσίες(ισταμίνη, σεροτονίνη), που ευθύνονται σε μεγάλο βαθμό για την ανάπτυξη της φλεγμονώδους αντίδρασης και για την εκδήλωση αλλεργικών αντιδράσεων όπως το άσθμα, η κνίδωση, ο αλλεργικός πυρετός.

Ανοσοσφαιρίνες Δ

Οι ανοσοσφαιρίνες D βρίσκονται σε πολύ μικρές ποσότητες στον ορό· είναι μονομερή. Οι βαριές δ αλυσίδες έχουν μία μεταβλητή και τρεις σταθερές περιοχές. Τα IgD δρουν ως υποδοχείς για τα Β λεμφοκύτταρα· άλλες λειτουργίες είναι ακόμη άγνωστες. Η αλληλεπίδραση ειδικών αντιγόνων με υποδοχείς στην επιφάνεια των Β-λεμφοκυττάρων (IgD) οδηγεί στη μετάδοση αυτών των σημάτων στο κύτταρο και στην ενεργοποίηση μηχανισμών που διασφαλίζουν τον πολλαπλασιασμό ενός δεδομένου κλώνου λεμφοκυττάρων.

ΘΕΜΑ 1.7. ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΤΟ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟ ΤΟΥΣ

1. Οι μεμονωμένες πρωτεΐνες διαφέρουν ως προς τις φυσικές και χημικές ιδιότητες:

Σχήμα μορίων;

Μοριακό βάρος;

Το συνολικό φορτίο, το μέγεθος του οποίου εξαρτάται από την αναλογία ανιονικών και κατιονικών ομάδων αμινοξέων.

Η αναλογία πολικών και μη πολικών ριζών αμινοξέων στην επιφάνεια των μορίων.

Βαθμοί αντοχής σε διάφορους μετουσιωτικούς παράγοντες.

2. Η διαλυτότητα της πρωτεΐνης εξαρτάταιστις ιδιότητες των πρωτεϊνών που αναφέρονται παραπάνω, καθώς και στη σύνθεση του μέσου στο οποίο διαλύεται η πρωτεΐνη (τιμές pH, σύνθεση άλατος, θερμοκρασία, παρουσία άλλων οργανικών ουσιών που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την πρωτεΐνη). Η ποσότητα φορτίου των μορίων πρωτεΐνης είναι ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητά τους. Όταν το φορτίο στο ισοηλεκτρικό σημείο χαθεί, οι πρωτεΐνες συσσωματώνονται και καθιζάνουν ευκολότερα. Αυτό είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστικό για μετουσιωμένες πρωτεΐνες, στις οποίες εμφανίζονται υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων στην επιφάνεια.

Στην επιφάνεια ενός μορίου πρωτεΐνης υπάρχουν τόσο θετικά όσο και αρνητικά φορτισμένες ρίζες αμινοξέων. Ο αριθμός αυτών των ομάδων, και επομένως το συνολικό φορτίο των πρωτεϊνών, εξαρτάται από το pH του μέσου, δηλ. αναλογία συγκεντρώσεων ομάδων Η+ - και ΟΗ -. Σε όξινο περιβάλλονΗ αύξηση της συγκέντρωσης Η+ οδηγεί σε καταστολή της διάστασης των καρβοξυλομάδων -COO - + H+ > - COOH και σε μείωση του αρνητικού φορτίου των πρωτεϊνών. Σε αλκαλικό περιβάλλον, η δέσμευση περίσσειας ΟΗ - από πρωτόνια που σχηματίζονται κατά τη διάσταση των αμινομάδων -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O με το σχηματισμό νερού, οδηγεί σε μείωση του θετικού φορτίου των πρωτεϊνών . Η τιμή pH στην οποία μια πρωτεΐνη έχει καθαρό μηδενικό φορτίο ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο (IEP).Στο IET, ο αριθμός των θετικά και αρνητικά φορτισμένων ομάδων είναι ο ίδιος, δηλ. η πρωτεΐνη βρίσκεται σε ισοηλεκτρική κατάσταση.

3. Διαχωρισμός μεμονωμένων πρωτεϊνών.Τα χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας του σώματος εξαρτώνται από το σύνολο των πρωτεϊνών που συντίθενται σε αυτό. Η μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων των πρωτεϊνών είναι αδύνατη χωρίς την απομόνωση τους από το κύτταρο και τον καθαρισμό από άλλες πρωτεΐνες και οργανικά μόρια. Στάδια απομόνωσης και καθαρισμού μεμονωμένων πρωτεϊνών:

Καταστροφή κυττάρωνο ιστός που μελετάται και λαμβάνεται ένα ομογενοποιημένο προϊόν.

Διαχωρισμός του ομογενοποιημένου προϊόντος σε κλάσματαμε φυγοκέντρηση, λαμβάνοντας ένα πυρηνικό, μιτοχονδριακό, κυτοσολικό ή άλλο κλάσμα που περιέχει την επιθυμητή πρωτεΐνη.

Επιλεκτική θερμική μετουσίωση- βραχυπρόθεσμη θέρμανση ενός διαλύματος πρωτεΐνης, κατά την οποία ορισμένες από τις μετουσιωμένες πρωτεϊνικές ακαθαρσίες μπορούν να αφαιρεθούν (εάν η πρωτεΐνη είναι σχετικά σταθερή στη θερμότητα).

Αλάτισμα έξω.Διαφορετικές πρωτεΐνες καθιζάνουν σε διαφορετικές συγκεντρώσεις άλατος στο διάλυμα. Αυξάνοντας σταδιακά τη συγκέντρωση του άλατος, είναι δυνατό να ληφθεί ένας αριθμός ξεχωριστών κλασμάτων με κυρίαρχη περιεκτικότητα σε απομονωμένη πρωτεΐνη σε ένα από αυτά. Το θειικό αμμώνιο χρησιμοποιείται συχνότερα για κλασματοποίηση πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες με τη μικρότερη διαλυτότητα καθιζάνουν σε χαμηλές συγκεντρώσεις αλάτων.

Διήθηση γέλης- μέθοδος κοσκινίσματος μορίων μέσω διογκωμένων κόκκων Sephadex (τρισδιάστατες πολυσακχαριτικές αλυσίδες δεξτράνης με πόρους). Η ταχύτητα με την οποία οι πρωτεΐνες περνούν μέσα από μια στήλη γεμάτη με Sephadex θα εξαρτηθεί από το μοριακό τους βάρος: όσο μικρότερη είναι η μάζα των μορίων πρωτεΐνης, τόσο πιο εύκολα διεισδύουν στους κόκκους και παραμένουν εκεί περισσότερο από περισσότερη μάζα, τόσο πιο γρήγορα εκλούονται από τη στήλη.

Υπερφυγοκέντρηση- μια μέθοδος που περιλαμβάνει την τοποθέτηση πρωτεϊνών σε ένα σωλήνα φυγοκέντρησης στον ρότορα μιας υπερφυγοκέντρου. Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, ο ρυθμός καθίζησης των πρωτεϊνών είναι ανάλογος με το μοριακό τους βάρος: κλάσματα βαρύτερων πρωτεϊνών βρίσκονται πιο κοντά στον πυθμένα του δοκιμαστικού σωλήνα, ελαφρύτερα - πιο κοντά στην επιφάνεια.

Ηλεκτροφόρηση- μια μέθοδος που βασίζεται σε διαφορές στην ταχύτητα κίνησης των πρωτεϊνών σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η τιμή είναι ανάλογη με το φορτίο των πρωτεϊνών. Η ηλεκτροφόρηση των πρωτεϊνών πραγματοποιείται σε χαρτί (σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα της κίνησης των πρωτεϊνών είναι ανάλογη μόνο με το φορτίο τους) ή σε γέλη πολυακρυλαμιδίου με συγκεκριμένο μέγεθος πόρων (η ταχύτητα κίνησης της πρωτεΐνης είναι ανάλογη με το φορτίο και το μοριακό τους βάρος) .

Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων- μέθοδος κλασματοποίησης που βασίζεται στη δέσμευση ιονισμένων ομάδων πρωτεϊνών με αντίθετα φορτισμένες ομάδες ρητινών ανταλλαγής ιόντων (αδιάλυτα πολυμερή υλικά). Η δύναμη της δέσμευσης της πρωτεΐνης με τη ρητίνη είναι ανάλογη με το φορτίο της πρωτεΐνης. Οι πρωτεΐνες που έχουν προσροφηθεί στο πολυμερές ανταλλαγής ιόντων μπορούν να ξεπλυθούν με αυξανόμενες συγκεντρώσεις διαλυμάτων NaCl. Όσο χαμηλότερο είναι το φορτίο πρωτεΐνης, τόσο χαμηλότερη είναι η συγκέντρωση του NaCl που απαιτείται για να ξεπλυθεί η πρωτεΐνη που είναι δεσμευμένη στις ιοντικές ομάδες της ρητίνης.

Χρωματογραφία συγγένειας- η πιο ειδική μέθοδος για την απομόνωση μεμονωμένων πρωτεϊνών Ένας συνδέτης μιας πρωτεΐνης συνδέεται ομοιοπολικά σε ένα αδρανές πολυμερές. Όταν ένα διάλυμα πρωτεΐνης διέρχεται μέσω μιας στήλης με ένα πολυμερές, μόνο η πρωτεΐνη που είναι ειδική για ένα δεδομένο πρόσδεμα προσροφάται στη στήλη λόγω της συμπληρωματικής δέσμευσης της πρωτεΐνης στον συνδέτη.

Διάλυση- μέθοδος που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους από διάλυμα απομονωμένης πρωτεΐνης. Η μέθοδος βασίζεται στην αδυναμία των πρωτεϊνών να περάσουν από μια ημιπερατή μεμβράνη, σε αντίθεση με τις ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους. Χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό πρωτεϊνών από ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους, για παράδειγμα, άλατα μετά το αλάτισμα.

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΞΩΔΕΙΚΤΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ

1. Συμπληρώστε τον πίνακα. 1.4.

Πίνακας 1.4. Συγκριτική ανάλυσηδομή και λειτουργίες των σχετικών πρωτεϊνών - μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη

α) θυμηθείτε τη δομή του ενεργού κέντρου των Mb και Hb. Τι ρόλο παίζουν οι υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων στο σχηματισμό των ενεργών κέντρων αυτών των πρωτεϊνών; Περιγράψτε τη δομή του ενεργού κέντρου των Mb και Hb και τους μηχανισμούς προσκόλλησης των προσδεμάτων σε αυτό. Τι ρόλο παίζουν τα υπολείμματα His F 8 και His E 7 στη λειτουργία του ενεργού κέντρου του Mv iHv;

β) ποιες νέες ιδιότητες σε σύγκριση με τη μονομερή μυοσφαιρίνη έχει η στενά συγγενής ολιγομερής πρωτεΐνη, η αιμοσφαιρίνη; Εξηγήστε τον ρόλο των αλλαγών συνεργασίας στη διαμόρφωση των πρωτομερών στο μόριο της αιμοσφαιρίνης, την επίδραση των συγκεντρώσεων CO 2 και πρωτονίων στη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο, καθώς και το ρόλο της 2,3-BPG στην αλλοστερική ρύθμιση της λειτουργίας της Hb .

2. Χαρακτηρίστε τους μοριακούς συνοδούς, δίνοντας προσοχή στη σχέση μεταξύ της δομής και της λειτουργίας τους.

3. Ποιες πρωτεΐνες ομαδοποιούνται σε οικογένειες; Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της οικογένειας των ανοσοσφαιρινών, αναγνωρίστε παρόμοια δομικά χαρακτηριστικά και σχετικές λειτουργίες των πρωτεϊνών αυτής της οικογένειας.

4. Συχνά απαιτούνται καθαρισμένες μεμονωμένες πρωτεΐνες για βιοχημικούς και ιατρικούς σκοπούς. Εξηγήστε ποια ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣΟι πρωτεΐνες βασίζονται στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό τους.

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΑΥΤΟΕΛΕΓΧΟΥ

1. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Λειτουργίες της αιμοσφαιρίνης:

Α. Μεταφορά Ο 2 από τους πνεύμονες στον ιστό Β. Μεταφορά Η + από τους ιστούς στους πνεύμονες

Β. Διατήρηση σταθερού pH αίματος Δ. Μεταφορά CO 2 από τους πνεύμονες στους ιστούς

Δ. Μεταφορά CO 2 από τους ιστούς στους πνεύμονες

2. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις. Ligandα - Το πρωτομερές Hb είναι:Α. Heme

Β. Οξυγόνο

Β. CO G. 2,3-BPG

D. β-Πρωτομερές

3. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Αιμοσφαιρίνη σε αντίθεση με μυοσφαιρίνη:

Α. Έχει τεταρτογενή δομή

Β. Η δευτερεύουσα δομή αντιπροσωπεύεται μόνο από α-έλικες

Β. Ανήκει σε σύνθετες πρωτεΐνες

Δ. Αλληλεπιδρά με έναν αλλοστερικό συνδέτη Δ. Ομοιοπολικά δεσμευμένος στην αίμη

4. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Η συγγένεια της Hb για το O2 μειώνεται:

Α. Όταν προστίθεται ένα μόριο Ο 2 Β. Όταν αφαιρείται ένα μόριο Ο 2

Β. Κατά την αλληλεπίδραση με 2,3-BPG

Δ. Όταν προσκολλάται σε πρωτομερή H + D. Όταν μειώνεται η συγκέντρωση του 2,3-BPG

5. Αγώνας.

Οι τύποι HB χαρακτηρίζονται από:

Α. Σε δεοξυ μορφή σχηματίζει ινώδη συσσωματώματα Β. Περιέχει δύο α- και δύο δ-αλυσίδες

Β. Η κυρίαρχη μορφή Hb σε ερυθροκύτταρα ενηλίκων Δ. Περιέχει αίμη με Fe+ 3 στο ενεργό κέντρο

Δ. Περιέχει δύο α- και δύο γ-αλυσίδες 1. HbA 2.

6. Αγώνας.

Υποκαταστάτες Hb:

Α. Προσδένεται στην Hb στο αλλοστερικό κέντρο

Β. Έχει πολύ υψηλή συγγένεια με τη δραστική θέση της Hb

Β. Με την ένωση, αυξάνει τη συγγένεια της Hb για το O 2 G. Οξειδώνει το Fe+ 2 σε Fe+ 3

Δ. Έντυπα ομοιοπολικό δεσμόμε gisF8

7. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Συνοδοιπόροι:

Α. Πρωτεΐνες που υπάρχουν σε όλα τα μέρη του κυττάρου

Β. Η σύνθεση αυξάνεται υπό πίεση

Β. Συμμετέχουν στην υδρόλυση μετουσιωμένων πρωτεϊνών

Δ. Συμμετέχετε στη διατήρηση της φυσικής διαμόρφωσης των πρωτεϊνών

Δ. Δημιουργούν οργανίδια στα οποία σχηματίζεται η διαμόρφωση των πρωτεϊνών.

8. Ταίριασμα. Ανοσοσφαιρίνες:

Α. Η εκκριτική μορφή είναι πενταμερής.

Β. Κατηγορία Ig που διαπερνά τον φραγμό του πλακούντα

Β. Ig - υποδοχέας μαστοκυττάρων

Δ. Η κύρια κατηγορία Ig που υπάρχει στις εκκρίσεις των επιθηλιακών κυττάρων. Δ. Υποδοχέας Β-λεμφοκυττάρων, η ενεργοποίηση του οποίου διασφαλίζει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων

9. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Ανοσοσφαιρίνες Ε:

Α. Παράγεται από μακροφάγα Β. Έχουν βαριές ε αλυσίδες.

Β. Ενσωματωμένο στη μεμβράνη των Τ-λεμφοκυττάρων

Δ. Λειτουργούν ως υποδοχείς αντιγόνων μεμβράνης σε μαστοκύτταρα και βασεόφιλα

Δ. Υπεύθυνος για αλλεργικές αντιδράσεις

10. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Η μέθοδος για τον διαχωρισμό των πρωτεϊνών βασίζεται στις διαφορές στο μοριακό τους βάρος:

Α. Διήθηση γέλης

Β. Υπερφυγοκέντρηση

Β. Ηλεκτροφόρηση γέλης πολυακρυλαμιδίου Δ. Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων

Δ. Χρωματογραφία συγγένειας

11. Διάλεξε την σωστή απάντηση.

Η μέθοδος διαχωρισμού πρωτεϊνών βασίζεται στις διαφορές στη διαλυτότητά τους στο νερό:

Α. Διήθηση γέλης Β. Αλάτισμα

Β. Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων Δ. Χρωματογραφία συγγένειας

Δ. Ηλεκτροφόρηση σε γέλη πολυακρυλαμιδίου

ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ ΣΤΙΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΥΤΟΕΛΕΓΧΟΥ

1. Α, Β, Γ, Δ

2. Α, Β, Γ, Δ

5. 1-B, 2-A, 3-G

6. 1-B, 2-B, 3-A

7. Α, Β, Δ, Δ

8. 1-G; 2-Β, 3-Β

ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΟΙ ΚΑΙ ΕΝΝΟΙΕΣ

1. Ολιγομερείς πρωτεΐνες, πρωτομερές, τεταρτοταγής δομή πρωτεϊνών

2. Συνεργατικές αλλαγές στη διαμόρφωση του πρωτομερούς

3. Φαινόμενο Bohr

4. Αλλοστερική ρύθμιση πρωτεϊνικών λειτουργιών, αλλοστερικό κέντρο και αλλοστερικός τελεστής

5. Μοριακές συνοδούς, πρωτεΐνες θερμικού σοκ

6. Οικογένειες πρωτεϊνών (πρωτεάσες σερίνης, ανοσοσφαιρίνες)

7. Σχέση IgM-, G-, E-, A-δομής-συνάρτησης

8. Ολικό φορτίο πρωτεϊνών, ισοηλεκτρικό σημείο πρωτεϊνών

9. Ηλεκτροφόρηση

10. Αλάτισμα έξω

11. Διήθηση γέλης

12. Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων

13. Υπερφυγοκέντρηση

14. Χρωματογραφία συγγένειας

15. Ηλεκτροφόρηση πρωτεϊνών πλάσματος αίματος

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΙΑ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΗΣ ΤΑΞΗΣ

1. Συγκρίνετε τις εξαρτήσεις των βαθμών κορεσμού της αιμοσφαιρίνης (Hb) και της μυοσφαιρίνης (Mb) με το οξυγόνο από τη μερική της πίεση στους ιστούς

Ρύζι. 1.34. Εξάρτηση κορεσμού Mv καιNHοξυγόνο από τη μερική του πίεση

Σημειώστε ότι το σχήμα των καμπυλών κορεσμού πρωτεϊνών οξυγόνου είναι διαφορετικό: για τη μυοσφαιρίνη - μια υπερβολή, για την αιμοσφαιρίνη - ένα σιγμοειδές σχήμα.

1. συγκρίνετε τις τιμές της μερικής πίεσης του οξυγόνου στην οποία τα Mb και Hb είναι κορεσμένα με O 2 κατά 50%. Ποια από αυτές τις πρωτεΐνες έχει μεγαλύτερη συγγένεια για το O 2;

2. Ποια δομικά χαρακτηριστικά του Mb καθορίζουν την υψηλή του συγγένεια για το O 2;

3. Ποια δομικά χαρακτηριστικά του HB του επιτρέπουν να απελευθερώνει O2 στα τριχοειδή αγγεία των ιστών ηρεμίας (σε σχετικά υψηλή μερική πίεση O2) και να αυξάνει απότομα αυτή την απελευθέρωση στους εργαζόμενους μύες; Ποια ιδιότητα των ολιγομερών πρωτεϊνών παρέχει αυτό το αποτέλεσμα;

4. Υπολογίστε ποια ποσότητα O 2 (σε%) οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης δίνει στους μύες που ξεκουράζονται και εργάζονται;

5. εξάγετε συμπεράσματα για τη σχέση της δομής μιας πρωτεΐνης και της λειτουργίας της.

2. Η ποσότητα του οξυγόνου που απελευθερώνεται από την αιμοσφαιρίνη στα τριχοειδή αγγεία εξαρτάται από την ένταση των καταβολικών διεργασιών στους ιστούς (φαινόμενο Bohr). Πώς οι αλλαγές στον μεταβολισμό των ιστών ρυθμίζουν τη συγγένεια της Hb για το O2; Επίδραση του CO 2 και του H+ στη συγγένεια της Hb για το O 2

1. περιγράψτε το φαινόμενο Bohr.

2. προς ποια κατεύθυνση προχωρά η διαδικασία που φαίνεται στο διάγραμμα:

α) στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων.

β) στα τριχοειδή των ιστών;

3. Ποια είναι η φυσιολογική σημασία του φαινομένου Bohr;

4. Γιατί η αλληλεπίδραση της Hb με το Η+ σε θέσεις απομακρυσμένες από την αίμη αλλάζει τη συγγένεια της πρωτεΐνης για το O 2;

3. Η συγγένεια της Hb για το O2 εξαρτάται από τη συγκέντρωση του συνδέτη της - 2,3-διφωσφογλυκερικό, που είναι ένας αλλοστερικός ρυθμιστής της συγγένειας της Hb για το O2. Γιατί η αλληλεπίδραση συνδέτη σε μια θέση μακριά από την ενεργό θέση επηρεάζει τη λειτουργία των πρωτεϊνών; Πώς το 2,3-BPG ρυθμίζει τη συγγένεια της Hb για το O2; Για να λύσετε το πρόβλημα, απαντήστε στις ακόλουθες ερωτήσεις:

1. πού και από τι συντίθεται το 2,3-διφωσφογλυκερικό (2,3-BPG); Γράψτε τον τύπο του, υποδείξτε το φορτίο αυτού του μορίου.

2. Με ποια μορφή αιμοσφαιρίνης (οξυ ή δεοξυ) αλληλεπιδρά η BPG και γιατί; Σε ποιο μέρος του μορίου Hb συμβαίνει η αλληλεπίδραση;

3. προς ποια κατεύθυνση συμβαίνει η διαδικασία που φαίνεται στο διάγραμμα;

α) στα τριχοειδή αγγεία των ιστών.

β) στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων;

4. όπου η συγκέντρωση του συμπλέγματος θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη

Nv-2,3-BFG:

α) στα τριχοειδή αγγεία των μυών σε ηρεμία,

β) στα τριχοειδή αγγεία των μυών που λειτουργούν (παρέχεται η ίδια συγκέντρωση BPG στα ερυθροκύτταρα);

5. Πώς θα αλλάξει η συγγένεια της HB για το οξυγόνο όταν ένα άτομο προσαρμοστεί σε συνθήκες μεγάλου υψομέτρου, εάν αυξηθεί η συγκέντρωση της BPG στα ερυθροκύτταρα; Ποια είναι η φυσιολογική σημασία αυτού του φαινομένου;

4. Η καταστροφή του 2,3-BPG κατά την αποθήκευση του συντηρημένου αίματος βλάπτει τις λειτουργίες του HB. Πώς θα αλλάξει η συγγένεια του HB για το O 2 στο διατηρημένο αίμα εάν η συγκέντρωση του 2,3-BPG στα ερυθροκύτταρα μπορεί να μειωθεί από 8 σε 0,5 mmol/l. Είναι δυνατή η μετάγγιση τέτοιου αίματος σε βαριά άρρωστους ασθενείς εάν η συγκέντρωση του 2,3-BPG αποκατασταθεί όχι νωρίτερα από τρεις ημέρες; Είναι δυνατόν να αποκατασταθούν οι λειτουργίες των ερυθρών αιμοσφαιρίων προσθέτοντας 2,3-BPG στο αίμα;

5. Θυμηθείτε τη δομή των απλούστερων μορίων ανοσοσφαιρίνης. Τι ρόλο παίζουν οι ανοσοσφαιρίνες στο ανοσοποιητικό σύστημα; Γιατί τα Igs ονομάζονται συχνά δισθενή; Πώς σχετίζεται η δομή των Igs με τη λειτουργία τους; (Περιγράψτε χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα μιας κατηγορίας ανοσοσφαιρινών.)

Φυσικοχημικές ιδιότητες πρωτεϊνών και μέθοδοι διαχωρισμού τους.

6. Πώς το καθαρό φορτίο μιας πρωτεΐνης επηρεάζει τη διαλυτότητά της;

α) προσδιορίστε το συνολικό φορτίο του πεπτιδίου σε pH 7

Ala-Glu-Tre-Pro-Asp-Liz-Cis

β) πώς θα αλλάξει το φορτίο αυτού του πεπτιδίου σε pH >7, pH<7, рН <<7?

γ) ποιο είναι το ισοηλεκτρικό σημείο μιας πρωτεΐνης (IEP) και σε ποιο περιβάλλον βρίσκεται;

IET αυτού του πεπτιδίου;

δ) σε ποια τιμή pH θα παρατηρηθεί η χαμηλότερη διαλυτότητα αυτού του πεπτιδίου.

7. Γιατί το ξινόγαλα, σε αντίθεση με το φρέσκο ​​γάλα, «πήζει» όταν βράζεται (δηλαδή, η καζεΐνη πρωτεΐνης γάλακτος κατακρημνίζεται); Στο φρέσκο ​​γάλα, τα μόρια της καζεΐνης έχουν αρνητικό φορτίο.

8. Η διήθηση γέλης χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό μεμονωμένων πρωτεϊνών. Ένα μείγμα που περιέχει πρωτεΐνες Α, Β, Γ με μοριακά βάρη ίσα με 160.000, 80.000 και 60.000, αντίστοιχα, αναλύθηκε με διήθηση γέλης (Εικ. 1.35). Οι διογκωμένοι κόκκοι γέλης είναι διαπερατοί σε πρωτεΐνες με μοριακό βάρος μικρότερο από 70.000. Ποια αρχή βασίζεται σε αυτή τη μέθοδο διαχωρισμού; Ποιο γράφημα αντικατοπτρίζει σωστά τα αποτελέσματα της κλασμάτωσης; Υποδείξτε τη σειρά με την οποία οι πρωτεΐνες Α, Β και Γ απελευθερώνονται από τη στήλη.

Ρύζι. 1,35. Χρήση Διήθησης Γέλης για Διαχωρισμό Πρωτεϊνών

9. Στο Σχ. 1.36, Α δείχνει ένα διάγραμμα ηλεκτροφόρησης σε χαρτί πρωτεϊνών ορού αίματος ενός υγιούς ατόμου. Οι σχετικές ποσότητες πρωτεϊνικών κλασμάτων που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο είναι: λευκωματίνες 54-58%, α1-σφαιρίνες 6-7%, α2-σφαιρίνες 8-9%, β-σφαιρίνες 13%, γ-σφαιρίνες 11-12%.

Ρύζι. 1.36 Ηλεκτροφόρηση σε χαρτί πρωτεϊνών πλάσματος αίματος ενός υγιούς ατόμου (Α) και ενός ασθενούς (Β)

Ι - γ-σφαιρίνες; II - β-σφαιρίνες; III -α 2 -σφαιρίνη; IV -α 2 -σφαιρίνη; V - λευκωματίνες

Πολλές ασθένειες συνοδεύονται από ποσοτικές αλλαγές στη σύνθεση των πρωτεϊνών του ορού (δυσπρωτεϊναιμία). Η φύση αυτών των αλλαγών λαμβάνεται υπόψη κατά τη διάγνωση και την αξιολόγηση της σοβαρότητας και του σταδίου της νόσου.

1. Γιατί οι πρωτεΐνες θεωρούνται πολυμερή;

Απάντηση. Οι πρωτεΐνες είναι πολυμερή, δηλαδή μόρια κατασκευασμένα σαν αλυσίδες από επαναλαμβανόμενες μονομερείς μονάδες ή υπομονάδες, που αποτελούνται από αμινοξέα συνδεδεμένα σε μια ορισμένη αλληλουχία με έναν πεπτιδικό δεσμό. Είναι τα βασικά και απαραίτητα συστατικά όλων των οργανισμών.

Υπάρχουν απλές πρωτεΐνες (πρωτεΐνες) και σύνθετες πρωτεΐνες (πρωτεΐνες). Οι πρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες των οποίων τα μόρια περιέχουν μόνο πρωτεϊνικά συστατικά. Όταν υδρολύονται πλήρως, σχηματίζονται αμινοξέα.

Οι πρωτεΐδες είναι σύνθετες πρωτεΐνες των οποίων τα μόρια διαφέρουν σημαντικά από τα πρωτεϊνικά μόρια στο ότι, εκτός από το ίδιο το πρωτεϊνικό συστατικό, περιέχουν ένα συστατικό χαμηλού μοριακού βάρους μη πρωτεϊνικής φύσης

2. Ποιες λειτουργίες των πρωτεϊνών γνωρίζετε;

Απάντηση. Οι πρωτεΐνες εκτελούν τις ακόλουθες λειτουργίες: κατασκευές, ενεργειακές, καταλυτικές, προστατευτικές, μεταφορικές, συσταλτικές, σηματοδοτικές και άλλες.

Ερωτήσεις μετά την § 11

1. Ποιες ουσίες ονομάζονται πρωτεΐνες;

Απάντηση. Οι πρωτεΐνες ή πρωτεΐνες είναι βιολογικά πολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι αμινοξέα. Όλα τα αμινοξέα έχουν μια αμινομάδα (-NH2) και μια καρβοξυλική ομάδα (-COOH) και διαφέρουν ως προς τη δομή και τις ιδιότητες των ριζών. Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς, γι' αυτό και οι πρωτεΐνες ονομάζονται και πολυπεπτίδια.

Απάντηση. Τα μόρια πρωτεΐνης μπορούν να λάβουν διαφορετικές χωρικές μορφές - διαμορφώσεις, που αντιπροσωπεύουν τέσσερα επίπεδα της οργάνωσής τους. Η γραμμική αλληλουχία αμινοξέων μέσα σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα αντιπροσωπεύει την πρωτογενή δομή μιας πρωτεΐνης. Είναι μοναδικό για κάθε πρωτεΐνη και καθορίζει το σχήμα, τις ιδιότητες και τις λειτουργίες της.

3. Πώς σχηματίζονται οι δευτεροταγείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς πρωτεϊνικές δομές;

Απάντηση. Η δευτερογενής δομή μιας πρωτεΐνης σχηματίζεται από το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου μεταξύ των ομάδων -CO- και -NH-. Σε αυτή την περίπτωση, η πολυπεπτιδική αλυσίδα συστρέφεται σε μια σπείρα. Η έλικα μπορεί να αποκτήσει σφαιρική διαμόρφωση, αφού προκύπτουν διάφοροι δεσμοί μεταξύ των ριζών αμινοξέων στην έλικα. Ένα σφαιρίδιο είναι η τριτοταγής δομή μιας πρωτεΐνης. Εάν πολλά σφαιρίδια ενωθούν σε ένα ενιαίο σύνθετο σύμπλεγμα, προκύπτει μια τεταρτοταγής δομή. Για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη στο ανθρώπινο αίμα σχηματίζεται από τέσσερα σφαιρίδια.

4. Τι είναι η μετουσίωση πρωτεΐνης;

Απάντηση. Η παραβίαση της φυσικής δομής μιας πρωτεΐνης ονομάζεται μετουσίωση. Υπό την επίδραση ενός αριθμού παραγόντων (χημικών, ραδιενεργών, θερμοκρασίας κ.λπ.), οι τεταρτοταγείς, τριτοταγείς και δευτερογενείς δομές της πρωτεΐνης μπορούν να καταστραφούν. Εάν σταματήσει η επίδραση του παράγοντα, η πρωτεΐνη μπορεί να αποκαταστήσει τη δομή της. Εάν η επίδραση του παράγοντα αυξηθεί, η πρωτογενής δομή της πρωτεΐνης - η πολυπεπτιδική αλυσίδα - καταστρέφεται επίσης. Αυτή είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία - η πρωτεΐνη δεν μπορεί να αποκαταστήσει τη δομή της

5. Με ποια βάση χωρίζονται οι πρωτεΐνες σε απλές και σύνθετες;

Απάντηση. Οι απλές πρωτεΐνες αποτελούνται αποκλειστικά από αμινοξέα. Οι σύνθετες πρωτεΐνες μπορεί να περιλαμβάνουν άλλες οργανικές ουσίες: υδατάνθρακες (που τότε ονομάζονταν γλυκοπρωτεΐνες), λίπη (λιποπρωτεΐνες), νουκλεϊκά οξέα (νουκλεοπρωτεΐνες).

6. Ποιες λειτουργίες των πρωτεϊνών γνωρίζετε;

Απάντηση. Κατασκευαστική (πλαστική) λειτουργία. Οι πρωτεΐνες αποτελούν δομικό συστατικό των βιολογικών μεμβρανών και των κυτταρικών οργανιδίων και αποτελούν επίσης μέρος των υποστηρικτικών δομών του σώματος, των μαλλιών, των νυχιών και των αιμοφόρων αγγείων. Ενζυματική λειτουργία. Οι πρωτεΐνες χρησιμεύουν ως ένζυμα, δηλαδή βιολογικοί καταλύτες που επιταχύνουν τον ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων δεκάδες και εκατοντάδες εκατομμύρια φορές. Ένα παράδειγμα είναι η αμυλάση, η οποία διασπά το άμυλο σε μονοσακχαρίτες. Συσταλτική (κινητήρια) λειτουργία. Εκτελείται από ειδικές συσταλτικές πρωτεΐνες που εξασφαλίζουν την κίνηση των κυττάρων και των ενδοκυτταρικών δομών. Χάρη σε αυτά, τα χρωμοσώματα κινούνται κατά την κυτταρική διαίρεση και τα μαστίγια και οι βλεφαρίδες μετακινούν τα πρωτόζωα κύτταρα. Οι συσταλτικές ιδιότητες των πρωτεϊνών ακτίνης και μυοσίνης αποτελούν τη βάση της μυϊκής λειτουργίας. Λειτουργία μεταφοράς. Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στη μεταφορά μορίων και ιόντων μέσα στο σώμα (η αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο από τους πνεύμονες στα όργανα και τους ιστούς, η λευκωματίνη του ορού εμπλέκεται στη μεταφορά λιπαρών οξέων). Προστατευτική λειτουργία. Συνίσταται στην προστασία του οργανισμού από βλάβες και εισβολή ξένων πρωτεϊνών και βακτηρίων. Οι πρωτεΐνες αντισωμάτων που παράγονται από τα λεμφοκύτταρα δημιουργούν την άμυνα του οργανισμού έναντι ξένων λοιμώξεων· η θρομβίνη και το ινώδες εμπλέκονται στο σχηματισμό θρόμβου αίματος, βοηθώντας έτσι το σώμα να αποφύγει μεγάλες απώλειες αίματος. Ρυθμιστική λειτουργία. Εκτελείται από ορμονικές πρωτεΐνες. Συμμετέχουν στη ρύθμιση της κυτταρικής δραστηριότητας και όλων των ζωτικών διεργασιών του σώματος. Έτσι, η ινσουλίνη ρυθμίζει τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα και τα διατηρεί σε ένα ορισμένο επίπεδο. Λειτουργία σήματος. Οι πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στην κυτταρική μεμβράνη είναι ικανές να αλλάζουν τη δομή τους ως απόκριση στον ερεθισμό. Έτσι, τα σήματα μεταδίδονται από το εξωτερικό περιβάλλον στο κύτταρο. Ενεργειακή λειτουργία. Πραγματοποιείται από πρωτεΐνες εξαιρετικά σπάνια. Με πλήρη διάσπαση 1 g πρωτεΐνης, μπορούν να απελευθερωθούν 17,6 kJ ενέργειας. Ωστόσο, οι πρωτεΐνες είναι μια πολύτιμη ένωση για τον οργανισμό. Επομένως, η διάσπαση των πρωτεϊνών συμβαίνει συνήθως στα αμινοξέα, από τα οποία δημιουργούνται νέες πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Οι ορμονικές πρωτεΐνες ρυθμίζουν τη δραστηριότητα του κυττάρου και όλες τις διαδικασίες ζωής του σώματος. Έτσι, στο ανθρώπινο σώμα, η σωματοτροπίνη εμπλέκεται στη ρύθμιση της ανάπτυξης του σώματος, η ινσουλίνη διατηρεί το επίπεδο γλυκόζης στο αίμα σε σταθερό επίπεδο.

7. Τι ρόλο παίζουν οι ορμονικές πρωτεΐνες;

Απάντηση. Η ρυθμιστική λειτουργία είναι εγγενής στις ορμονικές πρωτεΐνες (ρυθμιστές). Ρυθμίζουν διάφορες φυσιολογικές διεργασίες. Για παράδειγμα, η πιο γνωστή ορμόνη είναι η ινσουλίνη, η οποία ρυθμίζει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Όταν δεν υπάρχει αρκετή ινσουλίνη στο σώμα, εμφανίζεται μια ασθένεια γνωστή ως σακχαρώδης διαβήτης.

8. Τι λειτουργία επιτελούν οι ενζυμικές πρωτεΐνες;

Απάντηση. Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες, δηλαδή επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις εκατοντάδες εκατομμύρια φορές. Τα ένζυμα έχουν αυστηρή ειδικότητα για την ουσία που αντιδρά. Κάθε αντίδραση καταλύεται από το δικό της ένζυμο.

9. Γιατί οι πρωτεΐνες σπάνια χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας;

Απάντηση. Τα μονομερή πρωτεΐνης αμινοξέων είναι πολύτιμες πρώτες ύλες για την κατασκευή νέων πρωτεϊνικών μορίων. Επομένως, η πλήρης διάσπαση των πολυπεπτιδίων σε ανόργανες ουσίες σπάνια συμβαίνει. Κατά συνέπεια, η ενεργειακή λειτουργία, η οποία συνίσταται στην απελευθέρωση ενέργειας κατά την πλήρη διάσπαση, εκτελείται από πρωτεΐνες αρκετά σπάνια.

Το ασπράδι του αυγού είναι μια τυπική πρωτεΐνη. Μάθετε τι θα συμβεί αν εκτεθεί σε νερό, αλκοόλ, ακετόνη, οξύ, αλκάλια, φυτικά έλαια, υψηλή θερμοκρασία κ.λπ.

Απάντηση. Ως αποτέλεσμα της επίδρασης της υψηλής θερμοκρασίας στο ασπράδι του αυγού, θα προκύψει μετουσίωση της πρωτεΐνης. Όταν εκτίθεται σε αλκοόλ, ακετόνη, οξέα ή αλκάλια, συμβαίνει περίπου το ίδιο: η πρωτεΐνη πήζει. Αυτή είναι μια διαδικασία κατά την οποία η τριτοταγής και τεταρτοταγής δομή μιας πρωτεΐνης διαταράσσεται λόγω της ρήξης υδρογόνου και ιοντικών δεσμών.

Στο νερό και το φυτικό έλαιο, η πρωτεΐνη διατηρεί τη δομή της.

Αλέστε τον ωμό κόνδυλο πατάτας σε πολτό. Πάρτε τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες και βάλτε μια μικρή ποσότητα ψιλοκομμένες πατάτες σε καθένα.

Τοποθετήστε τον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα στην κατάψυξη του ψυγείου, τον δεύτερο στο κάτω ράφι του ψυγείου και τον τρίτο σε ένα βάζο με ζεστό νερό (t = 40 °C). Μετά από 30 λεπτά, αφαιρέστε τους δοκιμαστικούς σωλήνες και ρίξτε μια μικρή ποσότητα υπεροξειδίου του υδρογόνου σε καθένα. Παρατηρήστε τι συμβαίνει σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα. Εξηγήστε τα αποτελέσματά σας

Απάντηση. Αυτό το πείραμα απεικονίζει τη δραστηριότητα του ενζύμου καταλάση σε ένα ζωντανό κύτταρο σε υπεροξείδιο του υδρογόνου. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, απελευθερώνεται οξυγόνο. Η δυναμική της απελευθέρωσης φυσαλίδων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κριθεί η δραστηριότητα του ενζύμου.

Η εμπειρία μας επέτρεψε να καταγράψουμε τα ακόλουθα αποτελέσματα:

Η δραστηριότητα της καταλάσης εξαρτάται από τη θερμοκρασία:

1. Δοκιμαστικός σωλήνας 1: δεν υπάρχουν φυσαλίδες - αυτό συμβαίνει επειδή σε χαμηλές θερμοκρασίες τα κύτταρα της πατάτας κατέρρευσαν.

2. Δοκιμαστικός σωλήνας 2: υπάρχει μικρός αριθμός φυσαλίδων - επειδή η δραστηριότητα του ενζύμου σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι χαμηλή.

3. Δοκιμαστικός σωλήνας 3: υπάρχουν πολλές φυσαλίδες, η θερμοκρασία είναι βέλτιστη, η καταλάση είναι πολύ ενεργή.

Ρίξτε μερικές σταγόνες νερό στον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα με πατάτες, μερικές σταγόνες οξύ (επιτραπέζιο ξύδι) στον δεύτερο και αλκάλιο στον τρίτο.

Παρατηρήστε τι συμβαίνει σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα. Εξηγήστε τα αποτελέσματά σας. Βγαζω συμπερασματα.

Απάντηση. Όταν προστίθεται νερό, δεν συμβαίνει τίποτα, όταν προστίθεται οξύ, εμφανίζεται κάποιο σκουρόχρωμο, όταν προστίθεται αλκάλιο, εμφανίζεται "αφρισμός" - αλκαλική υδρόλυση.

Όπως γνωρίζετε, οι πρωτεΐνες είναι η βάση για την προέλευση της ζωής στον πλανήτη μας. Αλλά ήταν το συνενωμένο σταγονίδιο, που αποτελείται από μόρια πεπτιδίου, που έγινε η βάση για την προέλευση των ζωντανών όντων. Αυτό είναι αναμφισβήτητο, επειδή η ανάλυση της εσωτερικής σύνθεσης οποιουδήποτε εκπροσώπου βιομάζας δείχνει ότι αυτές οι ουσίες υπάρχουν σε όλα: φυτά, ζώα, μικροοργανισμούς, μύκητες, ιούς. Επιπλέον, είναι πολύ διαφορετικοί και μακρομοριακού χαρακτήρα.

Αυτές οι δομές έχουν τέσσερα ονόματα, όλα είναι συνώνυμα:

• πρωτεΐνες;
• πρωτεΐνες;
• πολυπεπτίδια;
• πεπτίδια.

Μόρια πρωτεΐνης

Ο αριθμός τους είναι πραγματικά αμέτρητος. Σε αυτή την περίπτωση, όλα τα μόρια πρωτεΐνης μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες:

• απλό - αποτελείται μόνο από αλληλουχίες αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς.
• σύνθετο - η δομή και η δομή της πρωτεΐνης χαρακτηρίζονται από πρόσθετες πρωτολυτικές (προσθετικές) ομάδες, που ονομάζονται επίσης συμπαράγοντες.

Ταυτόχρονα, τα πολύπλοκα μόρια έχουν επίσης τη δική τους ταξινόμηση.

Διαβάθμιση σύνθετων πεπτιδίων

1. Οι γλυκοπρωτεΐνες είναι στενά συγγενείς ενώσεις πρωτεΐνης και υδατανθράκων. Προσθετικές ομάδες βλεννοπολυσακχαριτών υφαίνονται στη δομή του μορίου.
2. Οι λιποπρωτεΐνες είναι μια σύνθετη ένωση πρωτεΐνης και λιπιδίου.
3. Μεταλλοπρωτεΐνες - ιόντα μετάλλων (σίδηρος, μαγγάνιο, χαλκός και άλλα) δρουν ως προσθετική ομάδα.
4. Οι νουκλεοπρωτεΐνες είναι η σύνδεση μεταξύ πρωτεΐνης και νουκλεϊκών οξέων (DNA, RNA).
5. Φωσφοπρωτεΐνες - διαμόρφωση μιας πρωτεΐνης και ενός υπολείμματος ορθοφωσφορικού οξέος.
6. Οι χρωμοπρωτεΐνες μοιάζουν πολύ με τις μεταλλοπρωτεΐνες, ωστόσο, το στοιχείο που αποτελεί μέρος της προσθετικής ομάδας είναι ένα ολόκληρο έγχρωμο σύμπλεγμα (κόκκινο - αιμοσφαιρίνη, πράσινο - χλωροφύλλη κ.λπ.).

Σε κάθε εξεταζόμενη ομάδα, η δομή και οι ιδιότητες των πρωτεϊνών είναι διαφορετικές. Οι λειτουργίες που εκτελούν ποικίλλουν επίσης ανάλογα με τον τύπο του μορίου.

Χημική δομή πρωτεϊνών

Από αυτή την άποψη, οι πρωτεΐνες είναι μια μακρά, τεράστια αλυσίδα υπολειμμάτων αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους με συγκεκριμένους δεσμούς που ονομάζονται πεπτιδικοί δεσμοί. Οι κλάδοι που ονομάζονται ρίζες εκτείνονται από τις πλευρικές δομές των οξέων. Αυτή η μοριακή δομή ανακαλύφθηκε από τον E. Fischer στις αρχές του 21ου αιώνα.

Αργότερα, οι πρωτεΐνες, η δομή και οι λειτουργίες των πρωτεϊνών μελετήθηκαν λεπτομερέστερα. Έγινε σαφές ότι υπάρχουν μόνο 20 αμινοξέα που σχηματίζουν τη δομή του πεπτιδίου, αλλά μπορούν να συνδυαστούν με διάφορους τρόπους. Εξ ου και η ποικιλομορφία των πολυπεπτιδικών δομών. Επιπλέον, στη διαδικασία της ζωής και στην εκτέλεση των λειτουργιών τους, οι πρωτεΐνες είναι σε θέση να υποστούν έναν αριθμό χημικών μετασχηματισμών. Ως αποτέλεσμα, αλλάζουν τη δομή και εμφανίζεται ένας εντελώς νέος τύπος σύνδεσης.

Για να σπάσετε τον πεπτιδικό δεσμό, δηλαδή να διαταράξετε την πρωτεΐνη και τη δομή των αλυσίδων, πρέπει να επιλέξετε πολύ αυστηρές συνθήκες (υψηλές θερμοκρασίες, οξέα ή αλκάλια, καταλύτης). Αυτό οφείλεται στην υψηλή αντοχή στο μόριο, δηλαδή στην πεπτιδική ομάδα.

Η ανίχνευση της δομής της πρωτεΐνης στο εργαστήριο πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την αντίδραση διουρίας - έκθεση σε πρόσφατα καταβυθισμένο πολυπεπτίδιο (II). Το σύμπλεγμα της πεπτιδικής ομάδας και του ιόντος χαλκού δίνει ένα λαμπερό μωβ χρώμα.

Υπάρχουν τέσσερις κύριοι δομικοί οργανισμοί, καθένας από τους οποίους έχει τα δικά του δομικά χαρακτηριστικά πρωτεϊνών.

Επίπεδα οργάνωσης: πρωτογενής δομή

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένα πεπτίδιο είναι μια αλληλουχία υπολειμμάτων αμινοξέων με ή χωρίς εγκλείσματα, συνένζυμα. Έτσι, το πρωταρχικό είναι η δομή ενός μορίου που είναι φυσικά, φυσικά, αληθινά αμινοξέα συνδεδεμένα με πεπτιδικούς δεσμούς, και τίποτα περισσότερο. Δηλαδή ένα πολυπεπτίδιο με γραμμική δομή. Επιπλέον, τα δομικά χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών αυτού του τύπου είναι ότι ένας τέτοιος συνδυασμός οξέων είναι καθοριστικός για την εκτέλεση των λειτουργιών του μορίου πρωτεΐνης. Χάρη στην παρουσία αυτών των χαρακτηριστικών, είναι δυνατό όχι μόνο να προσδιοριστεί ένα πεπτίδιο, αλλά και να προβλεφθούν οι ιδιότητες και ο ρόλος ενός εντελώς νέου, που δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί. Παραδείγματα πεπτιδίων με φυσική πρωτογενή δομή είναι η ινσουλίνη, η πεψίνη, η χυμοθρυψίνη και άλλα.

Δευτερεύουσα διαμόρφωση

Η δομή και οι ιδιότητες των πρωτεϊνών αυτής της κατηγορίας ποικίλλουν κάπως. Μια τέτοια δομή μπορεί να σχηματιστεί αρχικά από τη φύση ή όταν η κύρια εκτίθεται σε σοβαρή υδρόλυση, θερμοκρασία ή άλλες συνθήκες.

Αυτή η διαμόρφωση έχει τρεις ποικιλίες:

1. Ομαλές, κανονικές, στερεοκανονικές στροφές, κατασκευασμένες από υπολείμματα αμινοξέων, που στρίβουν γύρω από τον κύριο άξονα της σύνδεσης. Διατηρούνται μαζί μόνο από αυτά που προκύπτουν μεταξύ του οξυγόνου μιας πεπτιδικής ομάδας και του υδρογόνου μιας άλλης ομάδας. Επιπλέον, η δομή θεωρείται σωστή λόγω του γεγονότος ότι οι στροφές επαναλαμβάνονται ομοιόμορφα κάθε 4 συνδέσμους. Μια τέτοια δομή μπορεί να είναι είτε αριστερόχειρας είτε δεξιόχειρας. Αλλά στις περισσότερες γνωστές πρωτεΐνες κυριαρχεί το δεξιοστροφικό ισομερές. Τέτοιες διαμορφώσεις ονομάζονται συνήθως δομές άλφα.
2. Η σύνθεση και η δομή των πρωτεϊνών του επόμενου τύπου διαφέρει από την προηγούμενη στο ότι σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου όχι μεταξύ υπολειμμάτων δίπλα σε μια πλευρά του μορίου, αλλά μεταξύ πολύ απομακρυσμένων και σε αρκετά μεγάλη απόσταση. Για το λόγο αυτό, ολόκληρη η δομή παίρνει τη μορφή πολλών κυματιστών πολυπεπτιδικών αλυσίδων που μοιάζουν με φίδια. Υπάρχει ένα χαρακτηριστικό που πρέπει να παρουσιάζει μια πρωτεΐνη. Η δομή των αμινοξέων στα κλαδιά πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομη, όπως η γλυκίνη ή η αλανίνη, για παράδειγμα. Αυτός ο τύπος δευτερεύουσας διαμόρφωσης ονομάζεται φύλλα βήτα για την ικανότητά τους να κολλούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια κοινή δομή.
3. Η βιολογία αναφέρεται στον τρίτο τύπο δομής πρωτεΐνης ως σύνθετα, ετερογενώς διάσπαρτα, διαταραγμένα θραύσματα που δεν έχουν στερεοκανονικότητα και είναι ικανά να αλλάζουν δομή υπό την επίδραση εξωτερικών συνθηκών.

Δεν έχουν εντοπιστεί παραδείγματα πρωτεϊνών που έχουν φυσικά δευτερεύουσα δομή.

Τριτοβάθμια εκπαίδευση

Αυτή είναι μια αρκετά περίπλοκη διαμόρφωση που ονομάζεται "σφαιρίδιο". Τι είναι αυτή η πρωτεΐνη; Η δομή του βασίζεται στη δευτερογενή δομή, ωστόσο, προστίθενται νέοι τύποι αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ατόμων των ομάδων και ολόκληρο το μόριο φαίνεται να διπλώνεται, εστιάζοντας έτσι στο γεγονός ότι οι υδρόφιλες ομάδες κατευθύνονται στο σφαιρίδιο και οι υδρόφοβες τα εξωτερικά.

Αυτό εξηγεί το φορτίο του μορίου πρωτεΐνης σε κολλοειδή διαλύματα νερού. Τι είδους αλληλεπιδράσεις υπάρχουν εδώ;

1. Δεσμοί υδρογόνου - παραμένουν αμετάβλητοι μεταξύ των ίδιων τμημάτων όπως στη δευτερεύουσα δομή.
2. αλληλεπιδράσεις - συμβαίνουν όταν το πολυπεπτίδιο διαλύεται σε νερό.
3. Οι ιοντικές έλξεις σχηματίζονται μεταξύ διαφορετικών φορτισμένων ομάδων υπολειμμάτων αμινοξέων (ρίζες).
4. Ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις - μπορεί να δημιουργηθούν μεταξύ συγκεκριμένων όξινων θέσεων - μορίων κυστεΐνης, ή μάλλον, των ουρών τους.

Έτσι, η σύνθεση και η δομή των πρωτεϊνών με τριτοταγή δομή μπορεί να περιγραφεί ως πολυπεπτιδικές αλυσίδες διπλωμένες σε σφαιρίδια που διατηρούν και σταθεροποιούν τη διαμόρφωσή τους λόγω διαφόρων τύπων χημικών αλληλεπιδράσεων. Παραδείγματα τέτοιων πεπτιδίων: φωσφογλυκερική κενάση, tRNA, άλφα-κερατίνη, ινώδες μεταξιού και άλλα.

Τεταρτογενής δομή

Αυτό είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα σφαιρίδια που σχηματίζουν οι πρωτεΐνες. Η δομή και οι λειτουργίες των πρωτεϊνών αυτού του τύπου είναι πολύ πολύπλευρες και συγκεκριμένες.

Ποια είναι αυτή η διαμόρφωση; Πρόκειται για αρκετές (σε ορισμένες περιπτώσεις δεκάδες) μεγάλες και μικρές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που σχηματίζονται ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Αλλά στη συνέχεια, λόγω των ίδιων αλληλεπιδράσεων που εξετάσαμε για την τριτογενή δομή, όλα αυτά τα πεπτίδια συστρέφονται και συμπλέκονται μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο, λαμβάνονται πολύπλοκα σφαιρίδια διαμόρφωσης, τα οποία μπορούν να περιέχουν άτομα μετάλλου, λιπιδικές ομάδες και υδατάνθρακες. Παραδείγματα τέτοιων πρωτεϊνών: πολυμεράση DNA, το πρωτεϊνικό κέλυφος του ιού του καπνού, αιμοσφαιρίνη και άλλα.

Όλες οι πεπτιδικές δομές που εξετάσαμε έχουν τις δικές τους μεθόδους ταυτοποίησης στο εργαστήριο, βασισμένες σε σύγχρονες δυνατότητες χρήσης χρωματογραφίας, φυγοκέντρησης, ηλεκτρονικής και οπτικής μικροσκοπίας και υψηλών τεχνολογιών υπολογιστών.

Λειτουργίες που εκτελούνται

Η δομή και οι λειτουργίες των πρωτεϊνών συσχετίζονται στενά μεταξύ τους. Δηλαδή, κάθε πεπτίδιο παίζει έναν συγκεκριμένο ρόλο, μοναδικό και συγκεκριμένο. Υπάρχουν επίσης εκείνα που είναι ικανά να εκτελούν πολλές σημαντικές λειτουργίες ταυτόχρονα σε ένα ζωντανό κύτταρο. Ωστόσο, είναι δυνατόν να εκφραστούν σε γενικευμένη μορφή οι κύριες λειτουργίες των μορίων πρωτεΐνης σε ζωντανούς οργανισμούς:

1. Παροχή κίνησης. Οι μονοκύτταροι οργανισμοί ή τα οργανίδια ή ορισμένοι τύποι κυττάρων είναι ικανοί για κίνηση, συστολή και κίνηση. Αυτό εξασφαλίζεται από πρωτεΐνες που συνθέτουν τη δομή της κινητήριας συσκευής τους: βλεφαρίδες, μαστίγια και κυτταροπλασματική μεμβράνη. Αν μιλάμε για κύτταρα ανίκανα να κινηθούν, τότε οι πρωτεΐνες μπορούν να συμβάλλουν στη συστολή τους (μυοσίνη των μυών).
2. Διατροφική ή εφεδρική λειτουργία. Είναι η συσσώρευση μορίων πρωτεΐνης στα αυγά, τα έμβρυα και τους σπόρους των φυτών για την περαιτέρω αναπλήρωση των θρεπτικών συστατικών που λείπουν. Όταν διασπώνται, τα πεπτίδια παράγουν αμινοξέα και βιολογικά δραστικές ουσίες που είναι απαραίτητες για την κανονική ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών.
3. Ενεργειακή λειτουργία. Εκτός από τους υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες μπορούν επίσης να προσφέρουν δύναμη στον οργανισμό. Η διάσπαση 1 g πεπτιδίου απελευθερώνει 17,6 kJ χρήσιμης ενέργειας με τη μορφή τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης (ATP), η οποία δαπανάται σε ζωτικές διεργασίες.
4. Η σηματοδότηση συνίσταται στην προσεκτική παρακολούθηση των συνεχιζόμενων διεργασιών και στη μετάδοση σημάτων από κύτταρα σε ιστούς, από αυτά σε όργανα, από τα τελευταία στα συστήματα κ.λπ. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η ινσουλίνη, η οποία καθορίζει αυστηρά την ποσότητα γλυκόζης στο αίμα.
5. Λειτουργία υποδοχέα. Εκτελείται αλλάζοντας τη διαμόρφωση του πεπτιδίου στη μία πλευρά της μεμβράνης και εμπλέκοντας το άλλο άκρο στην αναδόμηση. Ταυτόχρονα, μεταδίδεται το σήμα και οι απαραίτητες πληροφορίες. Τις περισσότερες φορές, τέτοιες πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες στις κυτταροπλασματικές μεμβράνες των κυττάρων και ασκούν αυστηρό έλεγχο σε όλες τις ουσίες που διέρχονται από αυτές. Παρέχουν επίσης πληροφορίες για χημικές και φυσικές αλλαγές στο περιβάλλον.
6. Λειτουργία μεταφοράς πεπτιδίων. Διεξάγεται από πρωτεΐνες καναλιού και πρωτεΐνες μεταφορέα. Ο ρόλος τους είναι προφανής - μεταφέρουν τα απαραίτητα μόρια σε μέρη με χαμηλή συγκέντρωση από μέρη με υψηλή συγκέντρωση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα μέσω οργάνων και ιστών από την πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη. Πραγματοποιούν επίσης τη μεταφορά ενώσεων με χαμηλό μοριακό βάρος μέσω της κυτταρικής μεμβράνης στο εσωτερικό.
7. Δομική λειτουργία. Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες που εκτελούνται από την πρωτεΐνη. Η δομή όλων των κυττάρων και των οργανιδίων τους εξασφαλίζεται από πεπτίδια. Αυτοί, σαν πλαίσιο, καθορίζουν το σχήμα και τη δομή. Επιπλέον, το υποστηρίζουν και το τροποποιούν αν χρειαστεί. Επομένως, για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί απαιτούν πρωτεΐνες στη διατροφή τους. Τέτοια πεπτίδια περιλαμβάνουν ελαστίνη, τουμπουλίνη, κολλαγόνο, ακτίνη, κερατίνη και άλλα.
8. Καταλυτική συνάρτηση. Εκτελείται από ένζυμα. Πολυάριθμα και ποικίλα, επιταχύνουν όλες τις χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις στο σώμα. Χωρίς τη συμμετοχή τους, ένα συνηθισμένο μήλο στο στομάχι θα μπορούσε να χωνευτεί μόνο σε δύο ημέρες, πιθανότατα να σαπίσει στη διαδικασία. Υπό την επίδραση της καταλάσης, της υπεροξειδάσης και άλλων ενζύμων, αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε δύο ώρες. Γενικά, χάρη σε αυτόν τον ρόλο των πρωτεϊνών πραγματοποιείται ο αναβολισμός και ο καταβολισμός, δηλαδή το πλαστικό και

Προστατευτικός ρόλος

Υπάρχουν διάφοροι τύποι απειλών από τους οποίους οι πρωτεΐνες έχουν σχεδιαστεί για να προστατεύουν το σώμα.

Πρώτον, τραυματικά αντιδραστήρια, αέρια, μόρια, ουσίες διαφόρων φασμάτων δράσης. Τα πεπτίδια είναι σε θέση να αλληλεπιδρούν χημικά με αυτά, μετατρέποντάς τα σε αβλαβή μορφή ή απλώς εξουδετερώνοντάς τα.

Δεύτερον, η φυσική απειλή από πληγές - εάν το πρωτεϊνικό ινωδογόνο δεν μετατραπεί έγκαιρα σε ινώδες στο σημείο του τραυματισμού, τότε το αίμα δεν θα πήξει, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα συμβεί απόφραξη. Στη συνέχεια, αντίθετα, θα χρειαστείτε το πεπτίδιο πλασμίνη, το οποίο μπορεί να διαλύσει τον θρόμβο και να αποκαταστήσει τη βατότητα του αγγείου.

Τρίτον, απειλή για την ανοσία. Η δομή και η σημασία των πρωτεϊνών που σχηματίζουν την άμυνα του ανοσοποιητικού είναι εξαιρετικά σημαντικές. Αντισώματα, ανοσοσφαιρίνες, ιντερφερόνες - όλα αυτά είναι σημαντικά και σημαντικά στοιχεία του ανθρώπινου λεμφικού και ανοσοποιητικού συστήματος. Οποιοδήποτε ξένο σωματίδιο, επιβλαβές μόριο, νεκρό μέρος ενός κυττάρου ή μια ολόκληρη δομή υπόκειται σε άμεση εξέταση από την πεπτιδική ένωση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα άτομο μπορεί ανεξάρτητα, χωρίς τη βοήθεια φαρμάκων, να προστατεύεται καθημερινά από λοιμώξεις και απλούς ιούς.

Φυσικές ιδιότητες

Η δομή μιας κυτταρικής πρωτεΐνης είναι πολύ συγκεκριμένη και εξαρτάται από τη λειτουργία που εκτελείται. Αλλά οι φυσικές ιδιότητες όλων των πεπτιδίων είναι παρόμοιες και συνοψίζονται στα ακόλουθα χαρακτηριστικά.

1. Το βάρος του μορίου είναι μέχρι 1.000.000 Daltons.
2. Τα κολλοειδή συστήματα σχηματίζονται σε υδατικό διάλυμα. Εκεί η δομή αποκτά ένα φορτίο που μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την οξύτητα του περιβάλλοντος.
3. Όταν εκτίθενται σε σκληρές συνθήκες (ακτινοβολία, οξύ ή αλκάλιο, θερμοκρασία κ.λπ.) μπορούν να μετακινηθούν σε άλλα επίπεδα διαμορφώσεων, δηλαδή μετουσίωση. Αυτή η διαδικασία είναι μη αναστρέψιμη στο 90% των περιπτώσεων. Υπάρχει όμως και μια αντίστροφη μετατόπιση - αναγέννηση.

Αυτές είναι οι κύριες ιδιότητες των φυσικών χαρακτηριστικών των πεπτιδίων.

Πρόκειται για υψηλού μοριακού χαρακτήρα οργανικές ενώσεις, βιοπολυμερή, κατασκευασμένα από 20 τύπους υπολειμμάτων L-α-αμινοξέων συνδεδεμένα σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία σε μακριές αλυσίδες. Το μοριακό βάρος των πρωτεϊνών κυμαίνεται από 5 χιλιάδες έως 1 εκατομμύριο. Το όνομα «λευκά» δόθηκε για πρώτη φορά στην ουσία των αυγών πτηνών, τα οποία πήζουν όταν θερμαίνονται σε μια λευκή αδιάλυτη μάζα. Ο όρος αργότερα επεκτάθηκε και σε άλλες ουσίες με παρόμοιες ιδιότητες που απομονώθηκαν από ζώα και φυτά.

Ρύζι. 1. Τα πιο πολύπλοκα βιοπολυμερή είναι οι πρωτεΐνες. Τα μακρομόριά τους αποτελούνται από μονομερή, τα οποία είναι αμινοξέα. Κάθε αμινοξύ έχει δύο λειτουργικές ομάδες: μια καρβοξυλική ομάδα και μια αμινομάδα. Όλη η ποικιλομορφία των πρωτεϊνών δημιουργείται ως αποτέλεσμα διαφορετικών συνδυασμών 20 αμινοξέων.

Οι πρωτεΐνες κυριαρχούν έναντι όλων των άλλων ενώσεων που υπάρχουν στους ζωντανούς οργανισμούς, και συνήθως αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το μισό του ξηρού βάρους τους. Υποτίθεται ότι υπάρχουν πολλά δισεκατομμύρια μεμονωμένες πρωτεΐνες στη φύση (για παράδειγμα, περισσότερες από 3 χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες υπάρχουν μόνο στο βακτήριο E. coli).

Οι πρωτεΐνες παίζουν βασικό ρόλο στις διαδικασίες ζωής οποιουδήποτε οργανισμού. Οι πρωτεΐνες περιλαμβάνουν ένζυμα, με τη συμμετοχή των οποίων συμβαίνουν όλοι οι χημικοί μετασχηματισμοί στο κύτταρο (μεταβολισμός). ελέγχουν τη δράση των γονιδίων. με τη συμμετοχή τους, πραγματοποιείται η δράση των ορμονών, πραγματοποιείται διαμεμβρανική μεταφορά, συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας νευρικών ερεθισμάτων. Αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος (ανοσοσφαιρίνες) και του συστήματος πήξης, αποτελούν τη βάση των οστών και του συνδετικού ιστού και εμπλέκονται στον μετασχηματισμό και τη χρήση της ενέργειας.

Ιστορία της έρευνας πρωτεϊνών

Οι πρώτες προσπάθειες απομόνωσης πρωτεϊνών έγιναν τον 18ο αιώνα. Στις αρχές του 19ου αιώνα, εμφανίστηκαν οι πρώτες εργασίες για τη χημική μελέτη των πρωτεϊνών. Οι Γάλλοι επιστήμονες Joseph Louis Gay-Lussac και Louis Jacques Thénard προσπάθησαν να καθορίσουν τη στοιχειακή σύνθεση πρωτεϊνών από διαφορετικές πηγές, γεγονός που σηματοδότησε την αρχή συστηματικών αναλυτικών μελετών, χάρη στις οποίες συνήχθη το συμπέρασμα ότι όλες οι πρωτεΐνες είναι παρόμοιες στο σύνολο των στοιχείων που περιλαμβάνονται στο τη σύνθεσή τους. Το 1836, ο Ολλανδός χημικός G. J. Mulder πρότεινε την πρώτη θεωρία για τη δομή των πρωτεϊνικών ουσιών, σύμφωνα με την οποία όλες οι πρωτεΐνες έχουν μια ορισμένη υποθετική ρίζα (C 40 H 62 N 10 O 12), που σχετίζεται σε διάφορες αναλογίες με άτομα θείου και φωσφόρου. Ονόμασε αυτή τη ρίζα «πρωτεΐνη» (από την ελληνική πρωτεΐνη - πρώτα, κύρια). Η θεωρία του Mulder συνέβαλε στην αύξηση του ενδιαφέροντος για τη μελέτη των πρωτεϊνών και στη βελτίωση των μεθόδων της χημείας των πρωτεϊνών. Αναπτύχθηκαν τεχνικές για την απομόνωση πρωτεϊνών με εκχύλιση με διαλύματα ουδέτερων αλάτων και ελήφθησαν πρωτεΐνες σε κρυσταλλική μορφή για πρώτη φορά (ορισμένες φυτικές πρωτεΐνες). Για να αναλύσουν τις πρωτεΐνες, άρχισαν να χρησιμοποιούν την προκαταρκτική πέψη τους με οξέα και αλκάλια.

Ταυτόχρονα, άρχισε να δίνεται αυξανόμενη προσοχή στη μελέτη της πρωτεϊνικής λειτουργίας. Ο Jens Jakob Berzelius ήταν ο πρώτος που πρότεινε το 1835 να παίξουν το ρόλο των βιοκαταλυτών. Σύντομα, ανακαλύφθηκαν πρωτεολυτικά ένζυμα - πεψίνη (T. Schwann, 1836) και θρυψίνη (L. Corvisart, 1856), τα οποία τράβηξαν την προσοχή στη φυσιολογία της πέψης και στην ανάλυση των προϊόντων που σχηματίζονται κατά τη διάσπαση των θρεπτικών συστατικών. Περαιτέρω μελέτες της δομής των πρωτεϊνών και η εργασία για τη χημική σύνθεση των πεπτιδίων οδήγησαν στην εμφάνιση της υπόθεσης του πεπτιδίου, σύμφωνα με την οποία όλες οι πρωτεΐνες είναι κατασκευασμένες από αμινοξέα. Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, μελετήθηκαν τα περισσότερα από τα αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο Γερμανός χημικός Emil Hermann Fischer ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε τις μεθόδους της οργανικής χημείας για τη μελέτη των πρωτεϊνών και απέδειξε ότι οι πρωτεΐνες αποτελούνται από β-αμινοξέα συνδεδεμένα μεταξύ τους με έναν αμιδικό (πεπτιδικό) δεσμό. Αργότερα, χάρη στη χρήση φυσικοχημικών μεθόδων ανάλυσης, προσδιορίστηκε η μοριακή μάζα πολλών πρωτεϊνών, καθορίστηκε το σφαιρικό σχήμα των σφαιρικών πρωτεϊνών, πραγματοποιήθηκε ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ αμινοξέων και πεπτιδίων και μέθοδοι χρωματογραφικής ανάλυσης αναπτύχθηκε (βλ. χρωματογραφία).

Η πρώτη πρωτεϊνική ορμόνη απομονώθηκε (Frederick Grant Banting, John James Rickard McLeod, 1922), αποδείχθηκε η παρουσία γ-σφαιρινών στα αντισώματα και περιγράφηκε η ενζυματική λειτουργία της μυϊκής πρωτεΐνης μυοσίνης (Vladimir Aleksandrovich Engelhardt, M. N. Lyubimova, 1939). . Για πρώτη φορά, ελήφθησαν ένζυμα σε κρυσταλλική μορφή - ουρεάση (J.B. Saliner, 1926), πεψίνη (J.H. Nortron, 1929), λυσοζύμη (E.P. Abraham, Robert Robinson, 1937).

Ρύζι. 2. Σχήμα της τρισδιάστατης δομής του ενζύμου λυσοζύμη. Κύκλοι - αμινοξέα; κλώνοι - πεπτιδικοί δεσμοί. τα σκιασμένα ορθογώνια είναι δισουλφιδικοί δεσμοί. Σπειροειδή και επιμήκη τμήματα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας είναι ορατά.

Στη δεκαετία του 1950, αποδείχθηκε η οργάνωση τριών επιπέδων των μορίων πρωτεΐνης - η παρουσία μιας πρωτογενούς, δευτερογενούς και τριτογενούς δομής. δημιούργησε έναν αυτόματο αναλυτή αμινοξέων (Stanford Moore, William Howard Stein, 1950). Στη δεκαετία του '60, έγιναν προσπάθειες για χημική σύνθεση πρωτεϊνών (ινσουλίνη, ριβονουκλεάση). Οι μέθοδοι ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ έχουν βελτιωθεί σημαντικά. δημιουργήθηκε μια συσκευή - ένας προσδιοριστής αλληλουχίας (P. Edman, G. Begg, 1967), ο οποίος κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της αλληλουχίας των αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Συνέπεια αυτού ήταν η δημιουργία της δομής πολλών εκατοντάδων πρωτεϊνών από διάφορες πηγές. Μεταξύ αυτών είναι πρωτεολυτικά ένζυμα (πεψίνη, θρυψίνη, χυμοθρυψίνη, σουμπτιλισίνη, καρβοξυπεπτιδάσες), μυοσφαιρίνες, αιμοσφαιρίνες, κυτοχρώματα, λυσοζύμες, ανοσοσφαιρίνες, ιστόνες, νευροτοξίνες, πρωτεΐνες ιικού φακέλου, πρωτεΐνες-πρωτεΐνες. Ως αποτέλεσμα, προέκυψαν προϋποθέσεις για την επίλυση πιεστικών προβλημάτων στην ενζυμολογία, την ανοσολογία, την ενδοκρινολογία και άλλους τομείς της βιολογικής χημείας.

Στα τέλη του 20ου αιώνα, σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στη μελέτη του ρόλου των πρωτεϊνών στη σύνθεση μήτρας των βιοπολυμερών, στην κατανόηση των μηχανισμών δράσης τους σε διάφορες διαδικασίες ζωής των οργανισμών και στη δημιουργία της σύνδεσης μεταξύ της δομής και της λειτουργίας τους. Η βελτίωση των μεθόδων έρευνας και η εμφάνιση νέων μεθόδων διαχωρισμού πρωτεϊνών και πεπτιδίων είχαν μεγάλη σημασία.

Η ανάπτυξη μιας αποτελεσματικής μεθόδου για την ανάλυση της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων στα νουκλεϊκά οξέα κατέστησε δυνατή τη σημαντική απλοποίηση και επιτάχυνση του προσδιορισμού της αλληλουχίας αμινοξέων στις πρωτεΐνες. Αυτό αποδείχθηκε ότι είναι δυνατό επειδή η σειρά των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη καθορίζεται από την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο γονίδιο που κωδικοποιεί αυτήν την πρωτεΐνη (θραύσμα). Κατά συνέπεια, γνωρίζοντας τη διάταξη των νουκλεοτιδίων σε αυτό το γονίδιο και τον γενετικό κώδικα, μπορεί κανείς να προβλέψει με ακρίβεια με ποια σειρά βρίσκονται τα αμινοξέα στην πολυπεπτιδική αλυσίδα της πρωτεΐνης. Μαζί με την πρόοδο στη δομική ανάλυση των πρωτεϊνών, έχουν επιτευχθεί σημαντικά αποτελέσματα στη μελέτη της χωρικής τους οργάνωσης, μηχανισμών σχηματισμού και δράσης υπερμοριακών συμπλεγμάτων, συμπεριλαμβανομένων ριβοσωμάτων και άλλων κυτταρικών οργανιδίων, χρωματίνης, ιών κ.λπ.

Δομή πρωτεΐνης

Σχεδόν όλες οι πρωτεΐνες είναι κατασκευασμένες από 20 α-αμινοξέα που ανήκουν στη σειρά L και είναι ίδιες σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς. Τα αμινοξέα στις πρωτεΐνες συνδέονται μεταξύ τους με έναν πεπτιδικό δεσμό -CO-NH-, ο οποίος σχηματίζεται από την καρβοξυλική και -αμινο ομάδα των γειτονικών υπολειμμάτων αμινοξέων: δύο αμινοξέα σχηματίζουν ένα διπεπτίδιο στο οποίο το τελικό καρβοξυλικό (-COOH) και η αμινομάδα (Η2Ν-) παραμένει ελεύθερη, στην οποία μπορούν να προστεθούν νέα αμινοξέα για να σχηματίσουν μια πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Το τμήμα της αλυσίδας στο οποίο βρίσκεται η τερματική ομάδα H 2 N ονομάζεται Ν-τερματικό και το τμήμα απέναντι από αυτό ονομάζεται C-τερματικό. Η τεράστια ποικιλία των πρωτεϊνών καθορίζεται από την αλληλουχία της διάταξης και τον αριθμό των υπολειμμάτων αμινοξέων που περιέχουν. Αν και δεν υπάρχει σαφής διάκριση, οι κοντές αλυσίδες συνήθως ονομάζονται πεπτίδια ή ολιγοπεπτίδια (από το oligo...), και τα πολυπεπτίδια (πρωτεΐνες) συνήθως νοούνται ως αλυσίδες που αποτελούνται από 50 ή περισσότερες. Οι πιο κοινές πρωτεΐνες είναι αυτές που περιέχουν 100-400 υπολείμματα αμινοξέων, αλλά υπάρχουν και εκείνες των οποίων τα μόρια σχηματίζονται από 1000 ή περισσότερα υπολείμματα. Οι πρωτεΐνες μπορεί να αποτελούνται από πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Σε τέτοιες πρωτεΐνες, κάθε πολυπεπτιδική αλυσίδα ονομάζεται υπομονάδα.

Χωρική δομή πρωτεϊνών

Ρύζι. 3. Η πρωτεΐνη σε όλους τους οργανισμούς αποτελείται από 20 είδη αμινοξέων. Κάθε πρωτεΐνη χαρακτηρίζεται από μια συγκεκριμένη ποικιλία και ποσοτική αναλογία αμινοξέων. Στα πρωτεϊνικά μόρια, τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς (-CO-NH-) σε γραμμική αλληλουχία, αποτελώντας τη λεγόμενη πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης. Κορυφαία γραμμή - ελεύθερα αμινοξέα με πλευρικές ομάδες R1, R2, R3. κατώτατη γραμμή - τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς.

Η πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι ικανή να σχηματίζει και να διατηρεί αυθόρμητα μια ειδική χωρική δομή. Με βάση το σχήμα των μορίων πρωτεΐνης, οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε ινώδεις και σφαιρικές. Στις σφαιρικές πρωτεΐνες, μία ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες διπλώνονται σε μια συμπαγή σφαιρική δομή ή σφαιρίδιο. Συνήθως αυτές οι πρωτεΐνες είναι πολύ διαλυτές στο νερό. Αυτά περιλαμβάνουν σχεδόν όλα τα ένζυμα, πρωτεΐνες μεταφοράς αίματος και πολλές πρωτεΐνες αποθήκευσης. Οι ινιδώδεις πρωτεΐνες είναι μόρια που μοιάζουν με νήματα που συγκρατούνται μεταξύ τους με διασταυρούμενες συνδέσεις και σχηματίζουν μακριές ίνες ή στρώσεις. Έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, είναι αδιάλυτα στο νερό και επιτελούν κυρίως δομικές και προστατευτικές λειτουργίες. Τυπικοί εκπρόσωποι τέτοιων πρωτεϊνών είναι οι κερατίνες μαλλιών και μαλλιού, το ινώδες μετάξι και το κολλαγόνο των τενόντων.

Η σειρά των ομοιοπολικά συνδεδεμένων αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα ονομάζεται αλληλουχία αμινοξέων ή η πρωτογενής δομή των πρωτεϊνών. Η πρωτογενής δομή κάθε πρωτεΐνης, που κωδικοποιείται από το αντίστοιχο γονίδιο, είναι σταθερή και φέρει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για το σχηματισμό δομών υψηλότερου επιπέδου. Ο πιθανός αριθμός πρωτεϊνών που μπορούν να σχηματιστούν από 20 αμινοξέα είναι πρακτικά απεριόριστος.

Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης πλευρικών ομάδων υπολειμμάτων αμινοξέων, μεμονωμένα σχετικά μικρά τμήματα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας λαμβάνουν τη μία ή την άλλη διαμόρφωση (τύπος αναδίπλωσης), γνωστή ως δευτερογενής δομή πρωτεϊνών. Τα πιο χαρακτηριστικά στοιχεία του είναι η περιοδικά επαναλαμβανόμενη α-έλικα και β-δομή. Η δευτερεύουσα δομή είναι πολύ σταθερή. Δεδομένου ότι καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την αλληλουχία αμινοξέων της αντίστοιχης περιοχής πρωτεΐνης, καθίσταται δυνατή η πρόβλεψή της με έναν ορισμένο βαθμό πιθανότητας. Ο όρος «α-έλικα» εισήχθη από τον Αμερικανό βιοχημικό, φυσικό και χημικό Linus Carl Pauling, ο οποίος περιέγραψε τη διάταξη της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στην πρωτεΐνη α-κερατίνη με τη μορφή δεξιόστροφης έλικας (η α-έλικα μπορεί να συγκριθεί με ένα καλώδιο τηλεφώνου). Για κάθε στροφή μιας τέτοιας έλικας σε μια πρωτεΐνη υπάρχουν 3,6 υπολείμματα αμινοξέων. Αυτό σημαίνει ότι η ομάδα -C=O ενός πεπτιδικού δεσμού σχηματίζει έναν δεσμό υδρογόνου με την ομάδα -NH ενός άλλου πεπτιδικού δεσμού, τέσσερα υπολείμματα αμινοξέων μακριά από τον πρώτο. Κατά μέσο όρο, κάθε α-ελικοειδές περιοχή περιλαμβάνει έως και 15 αμινοξέα, τα οποία αντιστοιχούν σε 3-4 στροφές της έλικας. Αλλά σε κάθε μεμονωμένη πρωτεΐνη, το μήκος της έλικας μπορεί να διαφέρει πολύ από αυτήν την τιμή. Σε διατομή, η α-έλικα έχει σχήμα δίσκου, από τον οποίο οι πλευρικές αλυσίδες αμινοξέων δείχνουν προς τα έξω.

Δομή ή; -διπλωμένο στρώμα, μπορεί να σχηματιστεί από διάφορα τμήματα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Αυτά τα τμήματα τεντώνονται και τοποθετούνται παράλληλα μεταξύ τους, συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου που εμφανίζονται μεταξύ πεπτιδικών δεσμών. Μπορούν να προσανατολιστούν προς τις ίδιες ή αντίθετες κατευθύνσεις (η κατεύθυνση της κίνησης κατά μήκος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας συνήθως θεωρείται ότι είναι από το Ν-άκρο προς το C-άκρο). Στην πρώτη περίπτωση, το διπλωμένο στρώμα ονομάζεται παράλληλο, στη δεύτερη - αντιπαράλληλο. Το τελευταίο σχηματίζεται όταν η πεπτιδική αλυσίδα κάνει μια απότομη στροφή προς τα πίσω, σχηματίζοντας μια κάμψη (α-κάμψη). Οι πλευρικές αλυσίδες αμινοξέων είναι προσανατολισμένες κάθετες στο επίπεδο; -στρώμα.

Σχετικό περιεχόμενο; -σπιράλ τομές και; -Οι δομές μπορεί να ποικίλλουν ευρέως μεταξύ διαφορετικών πρωτεϊνών. Υπάρχουν πρωτεΐνες με κυριαρχία των α-έλικων (περίπου το 75% των αμινοξέων στη μυοσφαιρίνη και την αιμοσφαιρίνη) και ο κύριος τύπος αναδίπλωσης αλυσίδας σε πολλές ινώδεις πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένης της ινώδους μεταξιού, της β-κερατίνης) είναι η α-έλικα. -δομή. Οι περιοχές της πολυπεπτιδικής αλυσίδας που δεν μπορούν να ταξινομηθούν σε καμία από τις παραπάνω περιγραφείσες διαμορφώσεις ονομάζονται συνδετικοί βρόχοι. Η δομή τους καθορίζεται κυρίως από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων αμινοξέων και στο μόριο οποιασδήποτε πρωτεΐνης ταιριάζει με αυστηρά καθορισμένο τρόπο.

Η τριτογενής δομή ονομάζεταιχωρική δομή των σφαιρικών πρωτεϊνών. Συχνά όμως αυτή η έννοια αναφέρεται στη μέθοδο αναδίπλωσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο χώρο, χαρακτηριστική για κάθε συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Η τριτοταγής δομή σχηματίζεται από την πολυπεπτιδική αλυσίδα μιας πρωτεΐνης αυθόρμητα, προφανώς, κατά μήκος μιας ορισμένης διαδρομής(ών) πήξης με τον προκαταρκτικό σχηματισμό στοιχείων δευτερεύουσας δομής. Εάν η σταθερότητα της δευτερεύουσας δομής οφείλεται σε δεσμούς υδρογόνου, τότε η τριτοταγής δομή καθορίζεται από ένα ποικίλο σύστημα μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων: υδρογόνο, ιοντικές, διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, καθώς και υδρόφοβες επαφές μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων μη πολικών αμινοξέων. υπολείμματα οξέος.

Σε ορισμένες πρωτεΐνες, η τριτοταγής δομή σταθεροποιείται περαιτέρω με το σχηματισμό δισουλφιδικών δεσμών (-S-S-δεσμών) μεταξύ των υπολειμμάτων κυστεΐνης. Κατά κανόνα, μέσα στο πρωτεϊνικό σφαιρίδιο υπάρχουν πλευρικές αλυσίδες υδρόφοβων αμινοξέων που συναρμολογούνται στον πυρήνα (η μεταφορά τους μέσα στο πρωτεϊνικό σφαιρίδιο είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή) και στην περιφέρεια υπάρχουν υδρόφιλα υπολείμματα και μερικά υδρόφοβα. Το πρωτεϊνικό σφαιρίδιο περιβάλλεται από αρκετές εκατοντάδες μόρια νερού ενυδάτωσης, το οποίο είναι απαραίτητο για τη σταθερότητα του μορίου πρωτεΐνης και συχνά εμπλέκεται στη λειτουργία του. Η τριτογενής δομή είναι κινητή, τα επιμέρους τμήματα της μπορούν να μετατοπιστούν, γεγονός που οδηγεί σε διαμορφωτικές μεταβάσεις που παίζουν σημαντικό ρόλο στην αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης με άλλα μόρια.

Η τριτογενής δομή είναι η βάση των λειτουργικών ιδιοτήτων μιας πρωτεΐνης. Καθορίζει τον σχηματισμό συνόλων λειτουργικών ομάδων στα πρωτεϊνικά ενεργά κέντρα και ζώνες δέσμευσης, τους δίνει την απαραίτητη γεωμετρία, επιτρέπει τη δημιουργία ενός εσωτερικού περιβάλλοντος, που είναι προϋπόθεση για την εμφάνιση πολλών αντιδράσεων και διασφαλίζει την αλληλεπίδραση με άλλες πρωτεΐνες. .

Η τριτοταγής δομή των πρωτεϊνών αντιστοιχεί σαφώς στην πρωτογενή δομή της. υπάρχει πιθανώς ένας ακόμη μη αποκρυπτογραφημένος στερεοχημικός κώδικας που καθορίζει τη φύση της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών. Ωστόσο, μια και η ίδια μέθοδος χωρικής διάταξης συνήθως δεν αντιστοιχεί σε μια πρωτογενή δομή, αλλά σε μια ολόκληρη οικογένεια δομών στις οποίες μόνο ένα μικρό κλάσμα (έως 20-30%) των υπολειμμάτων αμινοξέων μπορεί να συμπίπτει, αλλά σε ορισμένες θέσεις στην αλυσίδα διατηρείται η ομοιότητα των υπολειμμάτων αμινοξέων. Το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός μεγάλων οικογενειών πρωτεϊνών που χαρακτηρίζονται από παρόμοια τριτοταγή και περισσότερο ή λιγότερο παρόμοια πρωτογενή δομή και, κατά κανόνα, κοινή λειτουργία. Αυτές είναι, για παράδειγμα, πρωτεΐνες οργανισμών διαφορετικών ειδών που έχουν την ίδια λειτουργία και σχετίζονται εξελικτικά: μυοσφαιρίνες και αιμοσφαιρίνες, θρυψίνη, χυμοθρυψίνη, ελαστάση και άλλες ζωικές πρωτεϊνάσες.

Ρύζι. 4. Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού πολλών μακρομορίων πρωτεΐνης με τριτοταγή δομή, μια δομή τεταρτοταγούς πρωτεΐνης σχηματίζεται σε ένα σύμπλοκο σύμπλοκο. Ένα παράδειγμα τέτοιων πολύπλοκων πρωτεϊνών είναι η αιμοσφαιρίνη, που αποτελείται από τέσσερα μακρομόρια.

Συχνά, ειδικά σε μεγάλες πρωτεΐνες, η αναδίπλωση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας συμβαίνει μέσω του σχηματισμού από μεμονωμένα τμήματα της αλυσίδας περισσότερο ή λιγότερο αυτόνομων στοιχείων χωρικής δομής - τομέων που μπορούν να έχουν λειτουργική αυτονομία, υπεύθυνες για τη μία ή την άλλη βιολογική δραστηριότητα του πρωτεΐνη. Έτσι, οι Ν-τερματικές περιοχές των πρωτεϊνών πήξης του αίματος εξασφαλίζουν την πρόσδεσή τους στην κυτταρική μεμβράνη.

Υπάρχουν πολλές πρωτεΐνες των οποίων τα μόρια είναι ένα σύνολο σφαιριδίων (υπομονάδων) που συγκρατούνται μαζί με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις, υδρογόνο ή ιοντικούς δεσμούς. Τέτοια σύμπλοκα ονομάζονται ολιγομερείς, πολυμερείς ή υπομονάδες πρωτεΐνες. Η διάταξη των υπομονάδων σε ένα λειτουργικά ενεργό σύμπλεγμα πρωτεΐνης ονομάζεται τεταρτοταγής δομή της πρωτεΐνης. Ορισμένες πρωτεΐνες είναι ικανές να σχηματίζουν δομές υψηλότερης τάξης, για παράδειγμα, πολυενζυμικά σύμπλοκα, εκτεταμένες δομές (πρωτεΐνες περιβλήματος βακτηριοφάγου), υπερμοριακά σύμπλοκα που λειτουργούν ως ενιαίο σύνολο (για παράδειγμα, ριβοσώματα ή συστατικά της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας).

Η τεταρτοταγής δομή επιτρέπει τη δημιουργία μορίων με ασυνήθιστες γεωμετρίες. Έτσι, η φερριτίνη, που σχηματίζεται από 24 υπομονάδες, έχει μια εσωτερική κοιλότητα, χάρη στην οποία η πρωτεΐνη καταφέρνει να δεσμεύσει έως και 3000 ιόντα σιδήρου. Επιπλέον, η τεταρτοταγής δομή επιτρέπει να εκτελούνται πολλές διαφορετικές λειτουργίες σε ένα μόριο. Η συνθετάση τρυπτοφάνης συνδυάζει ένζυμα υπεύθυνα για πολλά διαδοχικά στάδια της σύνθεσης του αμινοξέος τρυπτοφάνη.

Μέθοδοι για τη μελέτη της δομής των πρωτεϊνών

Η πρωτογενής δομή των πρωτεϊνών καθορίζει όλα τα άλλα επίπεδα οργάνωσης του μορίου πρωτεΐνης. Επομένως, κατά τη μελέτη της βιολογικής λειτουργίας διαφόρων πρωτεϊνών, η γνώση αυτής της δομής είναι σημαντική. Η πρώτη πρωτεΐνη για την οποία καθιερώθηκε η αλληλουχία αμινοξέων ήταν η παγκρεατική ορμόνη, η ινσουλίνη. Αυτή η εργασία, η οποία διήρκεσε 11 χρόνια, πραγματοποιήθηκε από τον Άγγλο βιοχημικό Frederick Sanger (1954). Προσδιόρισε τη θέση 51 αμινοξέων στο μόριο της ορμόνης και έδειξε ότι αποτελείται από 2 αλυσίδες που συνδέονται με δισουλφιδικούς δεσμούς. Αργότερα, το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας για τη δημιουργία της πρωτογενούς δομής των πρωτεϊνών αυτοματοποιήθηκε.

Με την ανάπτυξη μεθόδων γενετικής μηχανικής, κατέστη δυνατή η περαιτέρω επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας με τον προσδιορισμό της πρωτογενούς δομής των πρωτεϊνών σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης της αλληλουχίας νουκλεοτιδίων στα γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις πρωτεΐνες. Η δευτερογενής και τριτογενής δομή των πρωτεϊνών μελετάται χρησιμοποιώντας αρκετά πολύπλοκες φυσικές μεθόδους, για παράδειγμα, κυκλική διχρωμία ή ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ πρωτεϊνικών κρυστάλλων. Η τριτογενής δομή καθιερώθηκε για πρώτη φορά από τον Άγγλο βιοχημικό John Cowdery Kendrew (1957) για τη μυϊκή πρωτεΐνη μυοσφαιρίνη.

Ρύζι. 5. Μοντέλο του μορίου της μυοσφαιρίνης (χωρική διαμόρφωση του μορίου)

Μετουσίωσης πρωτεϊνών

Οι σχετικά αδύναμοι δεσμοί που είναι υπεύθυνοι για τη σταθεροποίηση των δευτερογενών, τριτοταγών και τεταρτοταγών δομών της πρωτεΐνης καταστρέφονται εύκολα, γεγονός που συνοδεύεται από απώλεια της βιολογικής της δραστηριότητας. Η καταστροφή της αρχικής (εγγενούς) πρωτεϊνικής δομής, που ονομάζεται μετουσίωση, συμβαίνει παρουσία οξέων και βάσεων, με θέρμανση, αλλαγές στην ιοντική ισχύ και άλλες επιδράσεις. Κατά κανόνα, οι μετουσιωμένες πρωτεΐνες είναι ελάχιστα ή καθόλου διαλυτές στο νερό. Με βραχυπρόθεσμη επίδραση και ταχεία εξάλειψη των μετουσιωτικών παραγόντων, είναι δυνατή η επαναδιάταξη πρωτεΐνης με πλήρη ή μερική αποκατάσταση της αρχικής δομής και των βιολογικών ιδιοτήτων.

Ταξινόμηση πρωτεϊνών

Η πολυπλοκότητα της δομής των πρωτεϊνικών μορίων και η εξαιρετική ποικιλία λειτουργιών που εκτελούν καθιστούν δύσκολη τη δημιουργία μιας ενοποιημένης και ξεκάθαρης ταξινόμησης τους, αν και έχουν γίνει επανειλημμένες προσπάθειες από τα τέλη του 19ου αιώνα. Με βάση τη χημική τους σύσταση, οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε απλές και σύνθετες (μερικές φορές ονομάζονται πρωτεΐδες). Τα μόρια του πρώτου αποτελούνται μόνο από αμινοξέα. Εκτός από την ίδια την πολυπεπτιδική αλυσίδα, οι σύνθετες πρωτεΐνες περιέχουν μη πρωτεϊνικά συστατικά που αντιπροσωπεύονται από υδατάνθρακες (γλυκοπρωτεΐνες), λιπίδια (λιποπρωτεΐνες), νουκλεϊκά οξέα (νουκλεοπρωτεΐνες), μεταλλικά ιόντα (μεταλλοπρωτεΐνες), φωσφορική ομάδα (φωσφοπρωτεΐνες), χρωστικές ουσίες (χρωμοπρωτεΐνες), και τα λοιπά. .

Ανάλογα με τις λειτουργίες που επιτελούν, διακρίνονται διάφορες κατηγορίες πρωτεϊνών. Η πιο ποικιλόμορφη και πιο εξειδικευμένη κατηγορία αποτελείται από πρωτεΐνες με καταλυτική λειτουργία - ένζυμα που έχουν την ικανότητα να επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς. Με αυτή την ιδιότητα, οι πρωτεΐνες συμμετέχουν σε όλες τις διαδικασίες σύνθεσης και διάσπασης διαφόρων ενώσεων κατά το μεταβολισμό, στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων, στη ρύθμιση της κυτταρικής ανάπτυξης και διαφοροποίησης. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν επιλεκτικά λιπαρά οξέα, ορμόνες και άλλες οργανικές και ανόργανες ενώσεις και ιόντα και στη συνέχεια να τα μεταφέρουν με ρεύμα στην επιθυμητή θέση (για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη εμπλέκεται στη μεταφορά οξυγόνου από τους πνεύμονες σε όλα τα κύτταρα το σώμα). Οι πρωτεΐνες μεταφοράς πραγματοποιούν επίσης ενεργή μεταφορά ιόντων, λιπιδίων, σακχάρων και αμινοξέων μέσω των βιολογικών μεμβρανών.

Οι δομικές πρωτεΐνες εκτελούν υποστηρικτική ή προστατευτική λειτουργία. συμμετέχουν στο σχηματισμό του κυτταρικού σκελετού. Τα πιο κοινά μεταξύ αυτών είναι το κολλαγόνο του συνδετικού ιστού, η κερατίνη, τα νύχια και τα φτερά, η ελαστίνη των αγγειακών κυττάρων και πολλά άλλα. Σε συνδυασμό με τα λιπίδια, αποτελούν τη δομική βάση των κυτταρικών και ενδοκυτταρικών μεμβρανών.

Ένας αριθμός πρωτεϊνών εκτελεί προστατευτική λειτουργία. Για παράδειγμα, οι ανοσοσφαιρίνες (αντισώματα) των σπονδυλωτών, που έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν ξένους παθογόνους μικροοργανισμούς και ουσίες, να εξουδετερώνουν τις παθογόνες επιδράσεις τους στον οργανισμό και να εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Το ινωδογόνο και η θρομβίνη εμπλέκονται στη διαδικασία πήξης του αίματος. Πολλές πρωτεϊνικές ουσίες που εκκρίνονται από βακτήρια, καθώς και συστατικά ορισμένων ασπόνδυλων, ταξινομούνται ως τοξίνες.

Ορισμένες πρωτεΐνες (ρυθμιστικές) εμπλέκονται στη ρύθμιση της φυσιολογικής δραστηριότητας του σώματος ως συνόλου, μεμονωμένων οργάνων, κυττάρων ή διεργασιών. Ελέγχουν τη γονιδιακή μεταγραφή και τη σύνθεση πρωτεϊνών. Αυτές περιλαμβάνουν πεπτιδικές-πρωτεϊνικές ορμόνες που εκκρίνονται από τους ενδοκρινείς αδένες. Οι πρωτεΐνες αποθήκευσης σπόρων παρέχουν θρεπτικά συστατικά για τα αρχικά στάδια ανάπτυξης του εμβρύου. Αυτά περιλαμβάνουν επίσης καζεΐνη, λευκωματίνη ασπράδι αυγού (ωοαλβουμίνη) και πολλά άλλα. Χάρη στις πρωτεΐνες, τα μυϊκά κύτταρα αποκτούν την ικανότητα να συστέλλονται και τελικά να παρέχουν κίνηση στο σώμα. Παραδείγματα τέτοιων συσταλτικών πρωτεϊνών είναι η ακτίνη και η μυοσίνη των σκελετικών μυών, καθώς και η τουμπουλίνη, που είναι συστατικά των βλεφαρίδων και των μαστιγίων των μονοκύτταρων οργανισμών. Εξασφαλίζουν επίσης την απόκλιση των χρωμοσωμάτων κατά την κυτταρική διαίρεση.

Οι πρωτεΐνες των υποδοχέων είναι ο στόχος των ορμονών και άλλων βιολογικά ενεργών ενώσεων. Με τη βοήθειά τους, το κύτταρο αντιλαμβάνεται πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του εξωτερικού περιβάλλοντος. Παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετάδοση της νευρικής διέγερσης και στην προσανατολισμένη κυτταρική κίνηση (χημειοτάξη). Ο μετασχηματισμός και η χρήση της ενέργειας που εισέρχεται στο σώμα, καθώς και της ενέργειας, συμβαίνει επίσης με τη συμμετοχή πρωτεϊνών του συστήματος βιοενέργειας (για παράδειγμα, η οπτική χρωστική ουσία ροδοψίνη, κυτοχρώματα της αναπνευστικής αλυσίδας). Υπάρχουν επίσης πολλές πρωτεΐνες με άλλες, μερικές φορές μάλλον ασυνήθιστες λειτουργίες (για παράδειγμα, το πλάσμα ορισμένων ψαριών της Ανταρκτικής περιέχει πρωτεΐνες που έχουν αντιψυκτικές ιδιότητες).

Βιοσύνθεση πρωτεϊνών

Όλες οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης «αποθηκεύονται» στα αντίστοιχα γονίδια με τη μορφή μιας ακολουθίας νουκλεοτιδίων και υλοποιούνται στη διαδικασία σύνθεσης προτύπου. Αρχικά, οι πληροφορίες μεταφέρονται (διαβάζονται) από το μόριο DNA στο αγγελιοφόρο RNA (mRNA) χρησιμοποιώντας το ένζυμο εξαρτώμενη από το DNA RNA πολυμεράση, και στη συνέχεια στο ριβόσωμα στο mRNA, όπως σε μια μήτρα σύμφωνα με τον γενετικό κώδικα με τη συμμετοχή μεταφορά RNA που παραδίδει αμινοξέα, ο σχηματισμός λαμβάνει χώρα πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Οι συντιθέμενες πολυπεπτιδικές αλυσίδες που αναδύονται από το ριβόσωμα, αναδιπλώνονται αυθόρμητα, παίρνουν το χαρακτηριστικό διαμόρφωσης της πρωτεΐνης και μπορούν να υποβληθούν σε μετα-μεταφραστική τροποποίηση. Οι πλευρικές αλυσίδες των μεμονωμένων αμινοξέων μπορούν να υποστούν τροποποιήσεις (υδροξυλίωση, φωσφορυλίωση κ.λπ.). Γι' αυτό, για παράδειγμα, η υδροξυπρολίνη και η υδροξυλυσίνη βρίσκονται στο κολλαγόνο (βλ.). Η τροποποίηση μπορεί επίσης να συνοδεύεται από ρήξη πολυπεπτιδικών δεσμών. Με αυτόν τον τρόπο, για παράδειγμα, συμβαίνει ο σχηματισμός ενός ενεργού μορίου ινσουλίνης, που αποτελείται από δύο αλυσίδες που συνδέονται με δισουλφιδικούς δεσμούς.

Ρύζι. 6. Γενικό σχήμα βιοσύνθεσης πρωτεϊνών.

Η σημασία των πρωτεϊνών στη διατροφή

Οι πρωτεΐνες είναι τα πιο σημαντικά συστατικά της τροφής των ζώων και των ανθρώπων. Η θρεπτική αξία των πρωτεϊνών καθορίζεται από την περιεκτικότητά τους σε απαραίτητα αμινοξέα, τα οποία δεν παράγονται στον ίδιο τον οργανισμό. Από αυτή την άποψη, οι φυτικές πρωτεΐνες είναι λιγότερο πολύτιμες από τις ζωικές πρωτεΐνες: είναι φτωχότερες σε λυσίνη, μεθειονίνη και τρυπτοφάνη και είναι πιο δύσκολο να αφομοιωθούν στο γαστρεντερικό σωλήνα. Η έλλειψη απαραίτητων αμινοξέων στα τρόφιμα οδηγεί σε σοβαρές διαταραχές του μεταβολισμού του αζώτου.

Οι πρωτεΐνες διασπώνται σε ελεύθερα αμινοξέα, τα οποία, μετά την απορρόφηση στο έντερο, εισέρχονται και κατανέμονται σε όλα τα κύτταρα. Μερικά από αυτά διασπώνται σε απλές ενώσεις με την απελευθέρωση ενέργειας, που χρησιμοποιείται για διάφορες ανάγκες από το κύτταρο, και μερικά πηγαίνουν στη σύνθεση νέων πρωτεϊνών χαρακτηριστικών ενός δεδομένου οργανισμού. (R. A. Matveeva, Encyclopedia Cyril and Methodius)

Αριθμός πρωτεϊνών

• αμυλοειδές - αμυλοειδές;
• ανιονικό - ανιονικό;
• antivirus - antivirus?
• αυτοάνοσο - αυτοάνοσο;
• αυτόλογη - αυτόλογη;
• βακτηριακό - βακτηριακό;
• Bence Jones πρωτεΐνη;
• που προκαλείται από ιούς - προκαλείται από ιό;
• ιογενής - ιός;
• Viral nonstructural - virus nonstructural;
• Viral structural - virus structural;
• ειδικά για ιούς - ειδικά για ιούς;
• υψηλό μοριακό βάρος - υψηλό μοριακό βάρος.
• που περιέχει αίμη - αίμη;
• ετερόλογος - ξένος;
• υβριδικό - υβριδικό;
• γλυκοζυλιωμένο - γλυκοζυλιωμένο;
• σφαιρικό - σφαιρικό?
• μετουσιωμένη - μετουσιωμένη;
• που περιέχει σίδηρο - σίδηρος;
• κρόκος - κρόκος?
• ζωική πρωτεΐνη - ζωική πρωτεΐνη;
• προστατευτικό - αμυντικό?
• ανοσοποιητικό - ανοσοποιητικό?
• ανοσογονικό - ανοσολογικά σχετικό.
• δέσμευση ασβεστίου?
• ξινό - όξινο;
• corpuscular - σωματιδιακή;
• μεμβράνη - μεμβράνη?
• μυέλωμα - μυέλωμα;
• μικροσωμικό - μικροσωμικό;
• πρωτεΐνη γάλακτος - πρωτεΐνη γάλακτος;
• μονοκλωνική - μονοκλωνική ανοσοσφαιρίνη;
• μυϊκή πρωτεΐνη - μυϊκή πρωτεΐνη;
• εγγενής - εγγενής;
• nonhistone - nonhistone;
• ελαττωματικό - μερικό?
• αδιάλυτο - αδιάλυτο;
• άπεπτο - αδιάλυτο;
• μη ενζυματικό - μη ενζυματικό;
• χαμηλό μοριακό βάρος - χαμηλό μοριακό βάρος.
• νέα πρωτεΐνη - νέα πρωτεΐνη?
• γενικό - ολόκληρο;
• ογκογόνος - ογκοπρωτεΐνη;
• πρωτεΐνη κύριας φάσης - ανιονική.
• πρωτεΐνη οξείας φάσης (φλεγμονή) - πρωτεΐνη οξείας φάσης.
• τρόφιμα - τρόφιμα?
• πρωτεΐνη πλάσματος αίματος - πρωτεΐνη πλάσματος;
• πλακούντας - πλακούντας;
• αποσύνδεση - αποσύνδεση;
• πρωτεΐνη του αναγεννητικού νεύρου?
• ρυθμιστικό - ρυθμιστικό;
• ανασυνδυασμός - ανασυνδυασμένος;
• υποδοχέας - υποδοχέας;
• ριβοσωμικό - ριβοσωμικό;
• δεσμευτικό - δεσμευτικό;
• εκκριτική πρωτεΐνη - εκκριτική πρωτεΐνη;
• C-reactive - C-reactive;
• πρωτεΐνη ορού γάλακτος - πρωτεΐνη ορού γάλακτος, λακτοπρωτεΐνη.
• ιστός - ιστός;
• τοξικό - τοξικό;
• chimeric - chimeric;
• ολόκληρο - ολόκληρο;
• κυτοσολικό - κυτοσολικό;
• αλκαλική πρωτεΐνη - ανιονική πρωτεΐνη.
• εξωγενής - εξωγενής;
• ενδογενής - ενδογενής πρωτεΐνη.

Διαβάστε περισσότερα για τις πρωτεΐνες στη βιβλιογραφία:

• Volkenshtein M.V., Molecules and, Μ., 1965, κεφ. 3 - 5;
• Gaurowitz F., Chemistry and functions of proteins, trans. από τα αγγλικά, Μόσχα, 1965;
• Sissakyan N. M. and Gladilin K. L., Biochemical aspects of protein synthesis, στο βιβλίο: Advances in biological chemistry, τόμος 7, Μ., 1965, σελ. 3;
• Stepanov V. M. Μοριακή βιολογία. Δομή και λειτουργία των πρωτεϊνών. Μ., 1996;
• Shamin Α. Ν., Development of protein chemistry, Μ., 1966;
• Πρωτεΐνες και πεπτίδια. Μ., 1995-2000. Τ. 1-3;
• Biosynthesis of protein and nucleic acids, ed. A. S. Spirina, Μ., 1965;
• Εισαγωγή στη μοριακή βιολογία, μτφρ. από τα αγγλικά, Μ., 1967
• Μόρια και κύτταρα. [Σάββ. Art.], μετάφρ. από τα αγγλικά, Μ., 1966, σελ. 7 - 27, 94 - 106;
• Fundamentals of biochemistry: Translation from English M., 1981. T. 1;
• Το πρόβλημα της πρωτεΐνης. Μ., 1995. Τ. 1-5;
• Οι Πρωτεΐνες. Νέα Υόρκη, 1975-79. 3 ed. V. 1-4.

Βρείτε κάτι άλλο ενδιαφέρον: