СТРУКТУРА НА ПРОТЕИНИ

Во структурата на протеините, постојат четири нивоа на молекуларна организација: примарни, секундарни, терциерни и кватернарни структури. Првите две нивоа се карактеристични за сите протеини. Терциерните и квартерните структури се јавуваат само во глобуларни протеини.

Примарна структура на протеините

Формирање на пептидна врска

Примарната структура на протеините е низата од остатоци од аминокиселини во полипептидниот синџир. Редоследот на аминокиселините во протеинот се одредува генетски со низата на нуклеотиди во ДНК. Полипептид се формира со интеракција на карбоксилната група на една амино киселина со амино групата на друга амино киселина - пептидна врска.

Главата (NH2-) на една амино киселина е прикачена на опашката (-COOH) на друга амино киселина. Помеѓу амино киселините се формира пептидна врска (-CO-NH-), што е единствениот тип на врска во примарната структура на протеинот. Како што може да се види од дијаграмот погоре, кога се формира пептидна врска, се ослободува вода. Расцепувањето на пептидната врска за време на хидролизата е придружено со додавање вода на местото на расцепената врска. Крајниот производ од хидролиза на протеини и полипептиди се слободните амино киселини.

Пептидната врска е посилна единечни обврзниципомеѓу јаглеродот и азот, бидејќи добиениот тавтомеризам е 40% двојно. Од истата причина, во полипептидниот синџир, ротацијата е можна само околу јаглеродните атоми поврзани со радикалот

Скелетот на сите полипептиди е ист. Полипептидните синџири се разликуваат по природата и низата на радикали. Полипептид се нарекува според бројот на амино киселински остатоци што го сочинуваат: дипептид, трипептид итн.

Протеините се полипептиди кои содржат повеќе од 50 остатоци од аминокиселини. Наједноставниот протеин е инсулинот. Содржи само 51 остатоци од аминокиселини. Рибонуклеазата вклучува 124 остатоци, хемоглобин 574.

Во протеините, секвенцата на амино киселини, т.е., примарната структура, е строго дефинирана. Заменувањето на еден остаток од аминокиселина со друг произведува нов протеин. Така, кај говедскиот инсулин има остаток од серин на деветтата позиција, а кај овциниот остаток на глицин. Во човечкиот и коњскиот инсулин, разликите се однесуваат на три остатоци од аминокиселини - осмата, деветтата и десеттата. Сите наведени инсулини имаат различни примарни структури. Верверички различни организмисо иста функција се нарекуваат хомологни.

Секундарна структура на протеини

Постојат два главни типа на секундарна структура на протеини: спирален и преклопен слој.

Спирали . Поради слободната ротација на врските околу α-јаглеродниот атом во полипептидниот синџир, линеарноста на полипептидниот синџир е нарушена. Ова доведува до формирање на спирали. Постојат 3 типа на спирали.

1. Карактеристично за кератин α-с пирален. Полипептидниот синџир на кератин е, како да е, намотан околу имагинарен цилиндар. Намотките се една до друга се држат заедно со водородни врскипомеѓу кислородот на една пептидна врска и водородот на друга пептидна врска. Водородните врски се 20 пати послаби од ковалентните врски меѓу кислородот и водородот, но поради нивното изобилство доста цврсто ја држат спиралата.

2. β -спиралакои се наоѓаат во бактериски протеин. Едно вртење на р-спиралата се состои од 22 остатоци од аминокиселини, β-спиралата е шуплива цевка, а α-хеликсот е исполнет цилиндар.

3. Скршена спиралакарактеристика на колагенот. Овој тип на спирала е последица на високата содржина на глицин и пролин со хидроксипролин во колаген - амино киселини кои ја нарушуваат „исправноста“ на спиралата.

СО ѕидарски слој карактеристика на свилениот протеин - фиброин. Насоката на соседните синџири во преклопениот слој е спротивна (антипаралелна) Синџирите се еден до друг држени од водородни врски.

Спиралите и свитканите слоеви во фибриларните протеини често предизвикуваат супер-секундарни структури или суперспирали. Така, 7 α-спирали на кератин даваат суперхеликс. За возврат, 11 суперспирали на кератин формираат микрофибрил за коса.

Секундарната структура на глобуларните протеини не е толку униформа како онаа на фибриларните протеини. Така, во молекулата на миоглобинот, 77% од полипептидниот синџир е спирален, а 23% не е спирален. Степенот на свиткување на инсулинот е 60%, албумин од јајца е 40%, пепсин е 28%. Полипептидниот синџир на химотрипсин речиси не содржи спирални области, но има набори, слоеви, јамки, свиоци итн.

Во структурата на глобуларни протеини со молекуларна тежина од над 20 илјади.Да, концептот се разликува домен - мали површини од 100-150 остатоци од аминокиселини со карактеристична структура. Тие се нарекуваат структурни домени.

Помеѓу домени и поединечни структурни елементи во рамките на еден домен постојат т.н делови од шарки . Често, неколку слични домени од ист тип се наоѓаат во еден протеин.

Постои и концепт функционален домен . Во вториот случај, еден или неколку структурни домени заедно формираат функционално изолиран регион во протеинската молекула: место на подлогата, околината на активниот центар на ензимот или инхибиторот, јонскиот канал во мембраната итн.

Терцијарна структура- локација на полипептидниот синџир (спирализиран, малку спирален или неспирален) во тродимензионален простор.

И покрај очигледното нарушување на топчестата топка, нејзината структура е строго дефинирана и има одредени законитости.

1. Полипептидните синџири во глобулата се многу цврсто спакувани.

2. Обично поларните групи на протеинот се наоѓаат на површината на топчето, а хидрофобните радикали се скриени во неа.

Ацетон" href="/text/category/atceton/" rel="bookmark">ацетон, протеинот таложи. Ова врнежи се нарекува солење надвор. Механизмот на солење е дека јоните на сол и молекулите на алкохол и ацетон, кои имаат своја моќна хидратантна обвивка, ја одземаат водата од протеинската молекула. Различни протеини се солени во различни концентрации на сол. Глобулините се солени во полу-заситен раствор на амониум сулфат, а албумините само во заситен раствор на оваа сол. Дробното солење се користи за одвојување и прочистување на протеините.

Некои протеини се таложат со pH што одговара на изоелектрична точка. Така, казеинот се таложи на pH 4,7, бидејќи при оваа pH вредност молекулите немаат полнење и брзо се агрегираат во големи честички кои се нестабилни во растворот. Другите протеини се постабилни, а нивното таложење бара дејство на двата фактори на стабилност на протеините.

Протеинска дијализа

Благодарение на големи димензии, протеинските молекули не продираат низ некои филмови; целофан, рибен мочен меур итн. Ова својство се користи за прочистување на протеините од нечистотии со мала молекуларна тежина, т.е. за дијализа.

Протеински раствор измешан со соли се истура во пластична кеса, кесата се става во сад низ кој тече дестилирана вода. Мали јони на сол и други супстанции продираат низ целофанот во водата и се отстрануваат, додека протеинскиот раствор останува во кесата.

Протеинско полнење

Во протеинот, по правило, збирот на киселински, негативно наелектризирани амино киселини (глутамин, аспарагин) не е еднаков на збирот на базичните, позитивно наелектризирани амино киселини (лизин, аргинин, хистидин). Поради ова, протеините во водата имаат или позитивен или негативен полнеж. Кога растворот на таков протеин ќе се закисели (во вишок од H+), јонизацијата на карбоксилните групи ќе биде потисната и доаѓа моментот кога збирот на позитивно наелектризираните групи ќе биде еднаков на збирот на негативно наелектризираните групи. Во овој случај, молекулата на протеинот како целина нема полнење. Оваа состојба на протеинот се нарекува изо ухелектрична, а pH вредноста на која се јавува изоелектричната состојба се нарекува изоелектрична точка (IEP). IET е една од најважните карактеристики на протеинот.

Со дополнително закиселување на растворот, протеинот станува позитивно наелектризиран. Протеинските молекули се надополнуваат. Ако земете позитивно наелектризиран протеин, тогаш кога се алкализира, тој прво добива изоелектрична состојба, а потоа станува негативно наелектризиран.

Општото правило е ова: при pH под IET, протеинот е позитивно наелектризиран и е катјон, а при pH над IET, тој е негативно наелектризиран и е анјон.

Разликата во полнежот на протеините овозможува нивно раздвојување во постојано електрично поле. Овој метод на раздвојување се нарекува електрофореза.

Хроматографијата за размена на јони исто така се заснова на разликата во полнежот на одвоените супстанции од смесата.

Денатурација на протеини

Денатурација е секоја нехидролитична промена во структурата на протеините, придружена со промена на нивната биолошка активност и функција. Денатурацијата може да биде предизвикана од многу фактори: вриење, висока температура, ултравиолетови и јонизирачко зрачење, прекумерен притисок, соли на тешки метали, екстремни pH вредности (јаки киселини и алкалии), некои органски соединенија.

Греењето и разните видови зрачење го уништуваат водородот и јонски врски. Силните киселини, алкалите и концентрираните раствори на сол ги кршат јонските врски. Тешки металиформираат силни врски со карбоксијанјоните и ги кршат јонските врски. Органските растворувачи и детергенти ги нарушуваат хидрофобните интеракции и ги кршат водородните врски во протеините.

За време на денатурацијата, сите слаби врски во протеинот се менуваат или уништуваат: водород, електростатско, хидрофобно итн., но пептидните врски остануваат недопрени.

Знаци на денатурација се:

1) промена на растворливоста. Протеинот растворен во вода се таложи или, обратно, нерастворливиот протеин оди во раствор;

2) промена на оптичката активност, на пример, аголот на ротација на рамнината на поларизираниот зрак;

3) појава на нови реактивни групи скриени пред денатурација во внатрешноста на протеинската топка;

4) главен и прв знак на денатурација е губење на функцијата. Структурниот протеин станува лабав, ензимите ја губат својата каталитичка активност итн.

Откако ќе се ослободи од средството за денатурирање, протеинот постепено ги враќа своите оригинални својства. Овој процес се нарекува ренатурација.

Оптички својства на протеините

Со исклучок на хромопротеините, протеините немаат боја. Протеините апсорбираат ултравиолетова светлина со максимум на λ=280 nm поради ароматичните амино киселини. Вториот максимум на апсорпција на λ=216 nm припаѓа на пептидната врска.

Протеинските раствори се проѕирни, но имаат опалесценција - заматеноста е видлива кога се осветлени од страна. Наведените својства се користат за квантитативно определување на протеинот.

МОНОНЕКЛЕОТИДИ

Пурин гванин аденин

Пиримидин Цитозин Тимин Урацил

Покрај наведените бази, постојат метилирани, сулфурни и други деривати на азотни бази. Тие се нарекуваат помали основи. На пример, кај прокариотите има: риботимидин, инозин, ксантин, хипоксантин итн. Вкупно се познати околу 60 азотни бази.

Азотните бази и соединенијата изградени од нив интензивно ја апсорбираат светлината во ултравиолетовиот регион (260-280 nm). Ова својство се користи за квантитативно определување на супстанции кои содржат азотни бази.

https://pandia.ru/text/78/240/images/image009_58.jpg" alt="http://*****/biohimija_severina/img/B5873p267-a1.jpg" align="left" width="289" height="203 src=">Важным производным нуклеозидов является !} КАМП. Се формира од АТП со учество на ензимот аденилат циклаза. cAMP е вклучен во регулирањето на метаболичките процеси во клетката. Особено, тој делува како втор гласник во дејството на одредени хормони на клетката. .

Соединенијата изградени како нуклеотиди се дел од некои сложени ензими, кои ја извршуваат улогата коензими. Често, составот на таквите коензими содржи азотни супстанции кои се разликуваат по структура од пуринските и пиримидинските бази. Тие не се синтетизираат во телото на животните, туку доаѓаат од храна (витамини).

Флавин мононуклеотид ( ФМН) - фосфорилирана рибофлавин(витамин Б2).

Флавин аденин динуклеотид ( FAD) се состои од два нуклеотиди AMP и FMN.

58" height="33" style="vertical-align:top">

Коензимот А ги активира и транспортира ацилните радикали, кои се прикачуваат на групата SH со помош на тиоетерска врска.

Во зависност од киселината што ја носат, соединенијата се нарекуваат: ацетил-коензим А, малонил-коензим А, сукцинил-коензим А.

НУКЛЕИНИ КИСЕЛИНИ

Нуклеински киселини- Деоксирибонуклеинската киселина (ДНК) и рибонуклеинската киселина (РНК) се полимери на деоксирибонуклеотиди и рибонуклеотиди, соодветно. Мононуклеотидите во нуклеинските киселини се поврзани преку остаток фосфорна киселинапомеѓу петтиот јаглерод на рибозатаИ трет јаглерод рибозасоседен нуклеотид.

Структура на ДНК

Во 1950 година, Чаргаф открил голем број шеми во нуклеотидниот состав на ДНК, кои подоцна биле наречени Чаргафови правила. Ова се правилата: 1) Pur=Pir, 2) A=T, 3) G=C, 4) A+C=G+T. Правилата на Чаргаф помогнаа да се формулира комплементарниот модел на структурата на ДНК.

Примарна структура на ДНКпретставена со полинуклеотидни синџири.

Структура на ДНК

Постојат голем број на обрасци во синџирите на ДНК:

1) Кај вирусите и прокариотите, речиси целата ДНК секвенца е единствена; кај еукариотите, 30-40% од ДНК се состои од секвенци што се повторуваат, особено многу повторувачки делови на ДНК во центромерот.

2) ДНК синџирите немаат гранки.

3) Има многу (илјадници) секвенци на обратно трчање во ДНК - палиндроми, „превртувања“. Примери на менувачи на руски: „вепар го притисна модар патлиџан“. Палиндромите формираат структури во облик на крст - шноли, кои играат значајна улога во регулирањето на генската експресија (работа).

Секундарна структура на ДНК

Во 1953 година, Џ. Вотсон и Ф. Крик утврдиле дека ДНК е двојна спирала антипаралелнополинуклеотидни синџири. Синџирите се држат еден до друг со водородни врски формирани помеѓу азотни бази, со двојна врска помеѓу аденин и тимин и тројна врска помеѓу цитозин и гванин. Надвор од двојната спирала на ДНК е столбот на шеќер фосфат.

Комплементарните врзани азотни бази се свртени навнатре. Во оџакот, азотните бази се поместени релативно едни на други. Постојат неколку типови на ДНК хеликс:

1) хеликс од типот Б, пронајден при репликација на ДНК;

2) хеликс од типот А, забележан за време на транскрипцијата;

3) спирала од типот Z, извиткана налево, а не надесно како спирала А или Б, се јавува при преминување.

4) Спирали од тип C и SBS се исто така опишани. Вториот не е извртен.

Вирусите може да содржат едноверижна ДНК.

Терциерна структура на ДНК

Кај прокариотите, молекулите на ДНК се кружни. Кај еукариотите, краевите на ДНК се слободни - ова е линеарна формаДНК. Вирусите имаат линеарна и кружна ДНК.

Прокариотите немаат јадро. Во нив, ДНК заедно со протеините е прикачена на цитоплазматската мембрана, формирајќи нуклеоид.

Кај еукариотите, ДНК е одвоена од остатокот од клетката со нуклеарната мембрана. За време на интерфазата, еукариотската ДНК е концентрирана во хроматински нишки. Хроматинот освен ДНК содржи и протеини. 50% хроматин протеин - хистони. Хистоните содржат голем бројостатоци од диаминокарбоксилна киселина: аргинин и лизин. Овие се многу конзервативни глобуларни протеини кои се речиси исти кај сите еукариоти. Втората половина од хроматинските протеини се нехистонски протеини, кои се карактеризираат со голема разновидност.

Хроматинот има неколку нивоа на организација:

1) Нуклеозоми. Речиси два вртења на ДНК се намотани на јадро од четири пара хистонски молекули. Ова - јадро. Се наоѓа помеѓу корите поврзувач- 40 нуклеотидни парови, делумно покриени со хистон и (или) нехистонски протеини или воопшто не се покриени со протеини. Хистоните се вклучени во активирањето и репресијата на гените на ниво на транскрипција.

2) Соленоиди: 6-10 нуклеозоми даваат едно вртење на соленоидот.

3) Јамки. На скелетот на нехистонските протеини се наоѓаат јамки од 30-90 илјади базни парови, во кои почетокот и крајот се наоѓаат во близина.

4) Највисоко нивоОрганизацијата на ДНК во еукариотите е хромозомот. Основата на хромозомот е протеинска матрица на која е прикачена ДНК. На краевите на хромозомот има делови од ДНК наречени теломерите. Репликацијата може да започне од теломерите; теломерите ги штитат краевите на хромозомите од деградација.

Со секоја репликација, теломерите се скратуваат. Откако достигна одредена критично мала големина на теломерите, клетката умира. Теломеразата е ензим кој ја враќа должината на теломерите, правејќи ја клетката бесмртна. Теломеразата е присутна во репродуктивните органи, стеблото Иклетките на ракот, но не и во другите клетки. Во центарот на хромозомот е центромер- исто така некодирачка ДНК, која обезбедува правилна сегрегација на хромозомите за време на клеточната делба.

Поголемиот дел од ДНК е во јамки. Тука се наоѓаат гените. Секоја јамка содржи еден или повеќе гени. Јамките комуницираат со хромозомската матрица преку некодирачки ДНК региони.

Физичко-хемиски својства на ДНК

Хромозомот е една молекула на ДНК. Прокариотите имаат само еден хромозом. Големините на ДНК варираат од 5000 нуклеотиди кај вирусите до 5 милијарди (неговата должина е 8 см) кај луѓето. Должината на ДНК на сите хромозоми на една човечка клетка е околу 2 m.

ДНК е бела фиброзна маса. Растворите се многу вискозни. Вискозноста се зголемува со зголемување на молекуларната тежина. Растворите на ДНК апсорбираат ултравиолетова светлина со максимум на 260 nm. ДНК во водата е негативно наелектризирана.

Во кисели, алкални средини на температура од ° C во присуство на формамид, уреа и голем број други фактори, се јавува дивергенција на полинуклеотидните синџири на ДНК - денатурација. Денатурацијата ги разградува водородните врски - ДНК“ се топи„Температурата на топење се смета за онаа при која ДНК е денатурирана за половина (половина од водородните врски се уништуваат). При топењето се забележува зголемување на оптичката густина на растворите на 260 nm - хиперхромичен ефект.

Колку повеќе G-C парови во ДНК, толку е поголема точката на топење, бидејќи G-C паровипосилни од А-Т бидејќи се држат заедно со три водородни врски.

По намалувањето на температурата, ДНК денатурирана од топлина ја обновува својата секундарна структура, настанува ренатурација или жарење, киселини.

Ако ДНК различни извориподложени на денатурација и жарење во смесата, тогаш ќе се случи хибридизација на туѓите ДНК синџири според законите за комплементарност. Можна е хибридизација на синџирите на ДНК и РНК. Во овој случај, се формира хибрид нуклеинска киселина, во која едната нишка е РНК, другата е ДНК.

Амино киселините се амфотерични соединенија кои се поврзани едни со други во протеинска молекула користејќи пептидни врски.

α-амино киселините можат ковалентно да се поврзат една со друга користејќи пептидни врски

Во однос на едни со други, пептидните групи се наоѓаат под агол.

Линеарната низа на остатоци од аминокиселини во полипептидниот синџир се нарекува „примарна структура на протеинот“.

Специфичност на видовите на протеините

Индивидуалноста на протеинските молекули се одредува според редоследот на алтернација на амино киселините во протеинот. Сепак, многу протеини, додека ја извршуваат истата функција, малку се разликуваат во структурата кај различни претставници на ист вид. Пример се протеините од крвната група кај луѓето. Оваа разновидност на протеини ја одредува индивидуалната специфичност на организмите.

Наследни промени во примарната структура. Протеински полиморфизам

ППримарната структура на протеините е програмирана со низата нуклеотиди во ДНК. Бришењето, вметнувањето или замената на нуклеотид во ДНК доведува до промена во структурата на синтетизираниот протеин. Ако промената во аА секвенцата не е смртоносна, туку адаптивна или барем неутрална, тогаш новиот протеин може да се наследи и да остане во популацијата. Како резултат на тоа, се појавуваат нови протеини со слични функции. Ова протеински полиморфизам. примери на полиморфизам: човечки хемоглобин (ембрионски, фетален и возрасен хемоглобин А

Наследни протеинопатии: српеста анемија, други примери.

Наследни протеинопатии се развиваат како резултат на оштетување на генетскиот апарат, а со тоа и на протеините

анемија со откривање на црвени крвни зрнца во облик на полумесечина во неговата крв. Болеста се нарекува српеста анемија и е предизвикана од промена на примарната структура на HLA.

Во молекулата на хемоглобинот S, 2 β-синџири се покажаа како мутант, во кој глутаматот на позиција 6 беше заменет со валин кој содржи хидрофобен радикал. Црвените крвни зрнца во форма на срп не минуваат добро низ ткивните капилари; тие често ги затнуваат крвните садови и со тоа создаваат локална хипоксија.

Фамилијарна хиперхолестеролемијае генетско заболување кое се карактеризира со високо ниво на холестерол во крвта и ЛДЛ, како и рана појава на кардиоваскуларни болести. Многу пациенти имаат мутации во генот на LDL рецепторот, кој го кодира соодветниот LDL рецепторски протеин или аполипопротеин Б (apo-B), кој е дел од LDL што се врзува за рецепторот

2. Конформација на протеинските молекули (секундарни и терциерни структури)

Секундарна структураПротеинот е метод за поставување на полипептиден синџир во кој се јавува интеракција на пептидните групи со формирање на водородни врски меѓу нив.Кај глобуларните протеини преовладува α-спиралата, во фибриларните протеини преовладува β-структурата.

α-Хеликс е десна спирала, формирана од водородни врски помеѓу пептидните групи 1 и 4, 4 и 7, 7 и 10 поради формирање на водородни врски помеѓу атомите на кислород на карбонилните групи и азотните атоми на амино групите.

β-Структура се формира поради формирање на многу водородни врски помеѓу атомите на пептидните групи на линеарни области на еден полипептиден ланец што создава свиоци, или помеѓу различни полипептидни синџири.

Ако поврзаните полипептидни синџири се насочени во спротивни насоки, се појавува антипаралелна β-структура, но ако N- и C-крајните на полипептидните синџири се совпаѓаат, се формира структура на паралелен β-пласиран слој (

Терциерна структура на протеините

Терциерната структура на протеините е тродимензионална просторна структура формирана поради интеракциите помеѓу радикалите на аминокиселините

Врски вклучени во формирањето на терциерната структура на протеините

Хидрофобни интеракции

хидрофобните аминокиселински радикали имаат тенденција да се комбинираат во глобуларната структура

Јонски и водородни врскиИ Ковалентни врски

дисулфидни врски, формирана поради интеракцијата на SH групи од два цистеински остатоци.

Активно место на протеини- одреден дел од протеинската молекула, лоциран во нејзината вдлабнатина, формиран од радикали собрани за време на формирањето на терциерната структура, комуницира со молекулата на подлогата

конформациска лабилност- склоност кон промени во конформацијата поради кршење на некои и формирање на други слаби врски. Конформацијата на протеинот се менува кога се менуваат хемиските и физичките својства на околината, кога протеинот е во интеракција со други молекули. Во овој случај, се јавува промена во просторната структура и конформацијата на протеинот како целина.

3 . Квартарна структура на протеините. Кооперативни промени во конформацијата на протомерот. Примери за структурата и функционирањето на олигомерните протеини: хемоглобин (во споредба со миоглобинот, алостерични ензими).

Се нарекува бројот и релативната положба на полипептидните синџири во вселената „кватернарна структура на протеини“. Поединечните полипептидни синџири во таков протеин се протомери, или подединици. Тие комбинираат хидрофобни, јонски, водород.

Секој протомер е во интеракција со другиот во многу точки. Подединици во олигомерите многу тесно комуницираат едни со други, тогаш секоја промена во конформацијата на која било подединица нужно повлекува промена во другите подединици. Овој ефект се нарекува кооперативна интеракција.

На пример, во хемоглобинот, таквата интеракција на подединици во белите дробови го забрзува додавањето на O 2 во хемоглобинот за 300 пати.

Миоглобинприпаѓаат на класата на протеини кои содржат хем, т.е. содржи протетска група - хем, поврзана со протеинскиот дел од апомиоглобинот. Миоглобинот е класифициран како топчест протеин; има само еден полипептиден синџир. Миоглобинот е вклучен во складирањето на кислород.

Терциерната структура изгледа како компактна топка

Хемоглобини, како и миоглобинот, се класифицирани како хемопротеини, но тие имаат кватернарна структура (се состои од 4 полипептидни синџири), што овозможува да се регулираат нивните функции.

Хемоглобинот А е главниот хемоглобин на телото на возрасните, сочинува околу 98% од вкупната количина на хемоглобин, тетрамер, се состои од 2 полипептидни синџири α и 2 β (2α2β).

Хемоглобин А 2 2%. Се состои од 2 α- и 2 δ-синџири.

Хемоглобинските протомери, како апомиоглобинот, се состојат од 8 спирали завиткани во густа топчеста структура која содржи внатрешно хидрофобно јадро и „џеб“ за врзување на хем. но тетрамерната структура на хемоглобинот е посложена од миоглобинот.

Алостерични ензимисе ензими чија активност е регулирана не само со бројот на молекули на подлогата, туку и со други супстанции наречени ефектори; имаат алостеричен центар оддалечен од каталитичкиот активен центар; ефекторите се прикачуваат на ензимот нековалентно во алостерични (регулаторни) центри;

4 . Концепт на ензими. Специфичност на ензимското дејство. Ензимски кофактори. Зависност на брзината на ензимските реакции од концентрацијата на супстратот, ензимот, температурата и рН. Принципи на квантификација на ензимите. Единици за активност.

Ензимите се протеини. тие ја зголемуваат брзината на хемиската реакција, но не се трошат.

Едноставните ензими се состојат само од АА, а сложените ензими се состојат од 2 дела: протеин (апоензим) и непротеин (кофактор). Ако кофакторот е цврсто врзан за апоензимот, тој се нарекува протетска група; ако е лабаво врзан, се нарекува коензим.

Во полипептиден синџир. Важни карактеристики на примарната структура се конзервираните мотиви - комбинации на амино киселини кои играат клучна улога во функциите на протеините. Конзервираните мотиви се зачувани во текот на еволуцијата на видовите и често може да се користат за предвидување на функцијата на непознат протеин. Конзервативни мотиви- кратки секвенци на нуклеотиди во ДНК или амино киселини во протеин кои се зачувани во текот на процесот на еволуција, бидејќи овие нуклеотиди или амино киселини се неопходни за извршување на какви било процеси во клетката.

Секундарна структура- локално подредување на фрагмент од полипептиден синџир, стабилизиран со водородни врски. α-спирали- густи вртења околу долгата оска на молекулата, едно вртење е 3,6 остатоци од аминокиселини, а чекорот на спиралата е 0,54 nm, спиралата е стабилизирана со водородни врски помеѓу H и O пептидните групи, распоредени 4 единици освен. β- листови(преклопени слоеви) - неколку цик-цак полипептидни синџири во кои се формираат водородни врски помеѓу амино киселини или различни протеински синџири кои се релативно оддалечени еден од друг (0,347 nm по остаток на амино киселина) во примарната структура.

Терцијарна структура— просторна структура на полипептидниот синџир (збир на просторни координати на атомите што го сочинуваат протеинот). Структурно се состои од секундарна структура елементи стабилизирани разни видовиинтеракции во кои хидрофобните интеракции играат критична улога. Следниве учествуваат во стабилизирање на терциерната структура: ковалентни врски(помеѓу два цистеински остатоци има дисулфидни мостови); јонски врскипомеѓу спротивно наелектризираните странични групи на остатоци од аминокиселини; водородни врски; хидрофилно-хидрофобни интеракциипри интеракција со околните молекули на вода, протеинската молекула „се стреми“ да се превиткува така што неполарните странични групи на амино киселини се изолирани од водениот раствор; на површината на молекулата се појавуваат поларни хидрофилни странични групи.

Кватернарна структура- (подединица, домен) - меѓусебно уредувањенеколку полипептидни синџири како дел од еден протеински комплекс. Протеински молекули, кои се дел од протеин со кватернарна структура, се формираат одделно на рибозомите и само по завршувањето на синтезата формираат заедничка супрамолекуларна структура.

АК состав на протеини, пептидна врска и нејзина физичко-хемиска. карактер

Главни делови и структурниКомпонентите на протеинската молекула се амино киселини. Прехранбените производи содржат 20 амино киселини, од кои 8 не се синтетизираат во човечкото тело и се суштински нутриционистички фактори (валин, леуцин, изолеуцин, треонин, фенилаланин, триптофан, метионин, лизин). За деца есенцијална амино киселинае хистидин. Останатите амино киселини се заменливи, односно можат да се синтетизираат во телото (аланин, аспарагинска киселина, гликол, глицин, глутаминска киселина, пролин, серин, тирозин, цистин, цистеин)

Потребата од несуштински амино киселини се задоволува главно преку синтеза во организмот и делумно преку нивно внесување во храната. За проучување на аминокиселинскиот состав на протеините, се користи комбинација на кисела (HC1), алкална [Ba(OH)2] и, поретко, ензимска хидролиза. Хидрофобни(неполарен, ненаполнет): глицин, аланин, валин, леуцин, изолеуцин, метионин, пролин, фенилаланин, триптофан. Хидрофилна(поларен, ненаполнет): аспарагин, глутамин, серин, треонин, тирозин, цистеин. Хидрофилна (негативно полнење): аспарагинска, глутаминска киселина. Хидрофилна(пол. полнење): лизин, аргинин, хистидин.

Пептидна врска- тип на амидска врска што се јавува при формирање на протеини и пептиди како резултат на интеракцијата на α-амино групата (-NH 2) на една амино киселина со α-карбоксилната група (-COOH) на друга амино киселина . Пептидната врска има карактеристика на делумна двојна врска, така што е пократка од другите врски на пептидниот столб и, како резултат на тоа, има мала подвижност. Електронска структураПептидната врска ја одредува рамната, цврста структура на пептидната група. Рамнините на пептидните групи се наоѓаат под агол една до друга. Пептидните врски се многу силни и не се раскинуваат спонтано кога нормални условипостоечки во клетките (неутрална средина, телесна температура). Во лабораториски услови, хидролизата на протеинските пептидни врски се изведува во затворена ампула со концентрирана (6 mol/l) хлороводородна киселина, на температура од повеќе од 105 ° C и целосна хидролиза на протеинот до слободни амино киселини се одвива за околу еден ден. Во живите организми, пептидните врски во протеините се кршат со помош на специјални протеолитички ензими (од англиски, протеини-протеини, лиза-уништување), исто така наречени протеази или пептидни хидролази.

Реакции на боја на амино киселини.

Реакција на нинхидрин: раствор во боја за а-амино киселини при загревање (сина боја).

Ксантопротеинска реакција , жолта боја кога се вари со концентрирана азотна киселина. По додавањето на концентриран алкал, жолтата боја станува портокалова. Ароматични АА (фенилаланин, тирозин и триптофан).

R-цијаАдамкевич, триптофан во кисела средина, во интеракција со киселински алдехиди, формира црвено-виолетови производи на кондензација.

R-цијаФолја , Амино киселините кои содржат сулфхидрилни групи - SH, подлежат на алкална хидролиза за да формираат натриум сулфид Na2S. Вториот, во интеракција со натриум плумбит (формиран за време на реакцијата помеѓу оловниот ацетат и NaOH), формира црн или кафеав талог од оловниот сулфид PbS.

R-цијаМилона, ова е реакција на аминокиселината тирозин. Милоновиот реагенс (раствор од HgNO 3 и Hg(NO 2) 2 во разреден HNO 3 кој содржи мешавина од HNO 2) реагира со тирозин за да формира жива сол на нитро дериватот на тирозин, обоен розово-црвено.

Зависност на конформацијата на протеините од нивната примарна структура.

Секој протеин се базира наполипептиден синџир. Тој не е само издолжен во просторот, туку е организиран во тродимензионална структура. Со помош на рендгенска дифракциона анализа, Полинг и Кори ги одредиле аглите на пептидните врски, докажувајќи го присуството на цврста, рамна (рамна) структура на полипептидниот синџир. Иако неговата конформациска подвижност е ограничена, можна е подвижност околу единечни врски на алфа јаглеродниот атом. Аглите на ротација на единечните врски се нарекуваат торзија: аголот на ротација околу врската N-C се означува со φ, аголот на ротација околу S-S врски- ψ. Супституентите во однос на пептидната врска можат да бидат во цис или транс позиција, при што транспептидната врска е постабилна.

Конфигурација- просторно релативно распоредување на делови од молекулата цврсто фиксирани со ковалентни врски (на пример: припаѓаат на L-серијата стереоизомери или на D-серијата). За протеините се користи и концептот Конформацијапротеинска молекула - дефинитивен, но не замрзнат, непроменлив релативен распоред на деловите на молекулата. Бидејќи конформацијата на протеинската молекула се формира со учество на слаби видови врски, таа е подвижна (способна за промена), а протеинот може да ја промени својата структура. Во зависност од условите на околината, молекулата може да постои во различни конформациски состојби, кои лесно се трансформираат една во друга. Енергетски поволни за реални услови се само една или неколку конформациски состојби меѓу кои постои рамнотежа.

Транзициите од една конформациска состојба во друга обезбедуваат функционирање на протеинската молекула. Ова се реверзибилни конформациски промени (кои се наоѓаат во телото, на пример, при спроведување на нервниот импулс, при пренос на кислород преку хемоглобинот). Кога се менува конформацијата, некои од слабите врски се уништуваат и се формираат нови врски слаб тип. Фибриларните протеини се стабилни, нерастворливи материи во вода и разредени солени раствори. Наредени паралелно едни со други по една оска, полипептидните синџири формираат долги влакна (фибрили) или слоеви со конформација на b-структура. Примери на фибриларни протеини: колаген на тетивите и коскеното ткиво, кератин на косата, роговидени формации, кожа, нокти и пердуви, еластин на еластично сврзно ткиво.

Глобуларни протеини се соединенија чии полипептидни синџири се цврсто намотани во компактни сферични или глобуларни структури со а-спирална конформација. Повеќето глобуларни протеини се растворливи во водени раствории лесно се дифузира. Тие ги вклучуваат скоро сите моментално познати ензими, како и антитела, некои хормони и многу протеини кои вршат транспортна функција, на пример, серумски албумин и хемоглобин. Некои протеини припаѓаат на среден тип. Како фибриларните протеини, тие се состојат од долги структури во форма на прачка, а во исто време, како и топчестите протеини, тие се растворливи во водени солени раствори. Овие протеини вклучуваат: миозин - структурен елементмускулите, фибриногенот е претходник на фибринот вклучен во згрутчувањето на крвта.

Комбинирањето на амино киселините преку пептидни врски создава линеарен полипептиден синџир наречен примарната протеинска структура

Имајќи предвид дека 20 амино киселини се вклучени во синтезата на протеините, а просечниот протеин содржи 500 остатоци од аминокиселини, можеме да зборуваме за незамислив број на потенцијални протеини. Во човечкото тело се пронајдени околу 100 илјади различни протеини.

На пример, 2 амино киселини (аланин и серин) формираат 2 пептиди Ala-Ser и Ser-Ala; 3 амино киселини веќе ќе дадат 6 варијанти на трипептидот; 20 амино киселини - 1018 различни пептиди во само 20 амино киселини долги (под претпоставка дека секоја аминокиселина се користи само еднаш).

Најголемиот протеин познат моментално е титин- е компонента на саркомери на миоцити, молекуларната тежина на нејзините различни изоформи се движи од 3000 до 3700 kDa. Човечкиот солеус титин се состои од 38.138 амино киселини.

Примарната структура на протеините, т.е. низата аминокиселини во него се програмираат со низата нуклеотиди во ДНК. Губењето, вметнувањето или замената на нуклеотид во ДНК доведува до промена на составот на аминокиселините и, следствено, на структурата на синтетизираниот протеин.

Дел од протеински ланец долг 6 амино киселини (Ser-Cys-Tyr-Lei-Glu-Ala)
(пептидните врски се означени со жолта позадина, амино киселините се означени со рамка)

Ако промената на аминокиселинската низа не е смртоносна, туку е адаптивна или барем неутрална, тогаш новиот протеин може да се наследи и да остане во популацијата. Како резултат на тоа, се појавуваат нови протеини со слични функции. Овој феномен се нарекува полиморфизампротеини.

За многу протеини, откриен е изразен структурен конзерватизам. На пример, хормонот инсулин лицесе разликува од нахакансамо три амино киселини, од свинско месо– по една аминокиселина (аланин наместо треонин).

Редоследот и односот на амино киселините во примарната структура го одредува формирањето секундарно, терцијарноИ кватернернаструктури.

Генотипска хетерогеност

Како резултат на фактот што секој ген кај луѓето е присутен во две копии (алели) и може да биде подложен на мутации (замена, бришење, вметнување) и рекомбинации кои не влијаат сериозно на функцијата на кодираниот протеин, се јавува генски полиморфизами, соодветно, полиморфизам на протеини. Се појавуваат цели семејства на сродни протеини кои имаат слични, но различни својства и функции.

На пример, постои околу 300 различни типовихемоглобинот, некои од нив се неопходни за различни фазионтогенеза: на пример, HbP е ембрионален, формиран во првиот месец од развојот, HbF е фетален, неопходен во подоцнежните фази на феталниот развој, HbA и HbA2 се хемоглобин за возрасни. Разновидноста е обезбедена со полиморфизмот на глобинските синџири: хемоглобинот P содржи 2ξ и 2ε синџири, HbF содржи 2α и 2γ синџири, HbA содржи 2α и 2β синџири и HbA2 содржи 2α и 2δ синџири.

На српеста анемијана шестата позиција на β-синџирот на хемоглобин, глутаминската киселина се заменува со валин. Ова води до синтеза хемоглобин S (HbS)- хемоглобин кој полимеризира во деокси форма и формира нишки. Како резултат на тоа, црвените крвни зрнца се деформираат, добиваат форма на срп (банана), ја губат еластичноста и се уништуваат при минување низ капиларите. Ова на крајот доведува до намалена ткивна оксигенација и некроза.

Крвните групи AB0 ​​зависат од структурата на специјален јаглехидрат на мембраната на црвените крвни зрнца. Разликите во структурата на јаглехидратите се должат на различната специфичност и активност ензим на гликозил трансфераза, способен да го модифицира оригиналниот олигосахарид. Ензимот има три варијанти и прикачува или N-ацетилгалактоза или галактоза на олигосахаридот на мембраните на еритроцитите, или ензимот не прикачува дополнителни сахаридни групи (група 0).
Како резултат на тоа, лицата со крвна група А0 имаат олигосахарид со N-ацетилгалактозамин прикачен на нивните црвени крвни зрнца, оние со крвна група Б0 имаат олигосахарид со галактоза, 00 имаат само „чист“ олигосахарид, оние со крвна група АБ имаат олигосахарид и N-ацетилгалактозамин и со галактоза.

МОДУЛ 1 СТРУКТУРА, СВОЈСТВА И ФУНКЦИИ НА ПРОТЕИНИ

МОДУЛ 1 СТРУКТУРА, СВОЈСТВА И ФУНКЦИИ НА ПРОТЕИНИ

Структура на модулот	Теми
Модуларна единица 1	1.1. Структурна организација на протеините. Фази на формирање на конформација на мајчин протеин 1.2. Основи на функционирање на протеините. Лекови како лиганди кои влијаат на функцијата на протеините 1.3. Денатурација на протеините и можност за нивно спонтано обновување
Модуларна единица 2	1.4. Карактеристики на структурата и функционирањето на олигомерните протеини користејќи го примерот на хемоглобинот 1.5. Одржување на конформацијата на природните протеини во клеточни услови 1.6. Разновидност на протеини. Протеински семејства користејќи го примерот на имуноглобулините 1.7. Физичко-хемиски својства на протеините и методи за нивно одвојување

Модуларна единица 1 СТРУКТУРНА ОРГАНИЗАЦИЈА НА МОНОМЕРНИ ПРОТЕИНИ И ОСНОВИТЕ НА НИВНО ФУНКЦИОНИРАЊЕ

Цели на учењето Бидете способни:

1. Користете знаење за структурните карактеристики на протеините и зависноста на протеинските функции од нивната структура за да ги разберете механизмите на развој на наследни и стекнати протеинопатии.

2. Објаснете ги механизмите на терапевтското дејство на некои лекови како лиганди кои комуницираат со протеините и ја менуваат нивната активност.

3. Користете знаење за структурата и конформациската лабилност на протеините за да ја разберете нивната структурна и функционална нестабилност и тенденција за денатурација при променливи услови.

4. Објаснете ја употребата на средства за денатурирање како средства за стерилизирање медицински материјали и инструменти, како и антисептици.

Знајте:

1. Нивоа на структурна организација на протеините.

2. Важноста на примарната структура на протеините, која ја одредува нивната структурна и функционална разновидност.

3. Механизмот на формирање на активниот центар во протеините и неговата специфична интеракција со лигандот, кој лежи во основата на функционирањето на протеините.

4. Примери за влијанието на егзогените лиганди (лекови, токсини, отрови) врз конформацијата и функционалната активност на протеините.

5. Причини и последици од денатурација на протеини, фактори кои предизвикуваат денатурација.

6. Примери за употреба на денатурирани фактори во медицината како антисептици и средства за стерилизирање медицински инструменти.

ТЕМА 1.1. СТРУКТУРНА ОРГАНИЗАЦИЈА НА ПРОТЕИНИ. ФАЗИ НА ФОРМИРАЊЕ НА РОДЕН

ПРОТЕИНИ КОНФОРМАЦИИ

Протеините се полимерни молекули чии мономери се само 20 α-амино киселини. Множеството и редоследот на комбинацијата на аминокиселините во протеинот се одредува според структурата на гените во ДНК на поединците. Секој протеин, во согласност со неговата специфична структура, врши своја функција. Збирот на протеини на даден организам ги одредува неговите фенотипски карактеристики, како и присуството на наследни болести или предиспозиција за нивниот развој.

1. Амино киселини кои ги сочинуваат протеините. Пептидна врска.Протеините се полимери изградени од мономери - 20 α-амино киселини, чија општа формула е

Амино киселините се разликуваат по структурата, големината и физичко-хемиските својства на радикалите прикачени на α-јаглеродниот атом. Функционалните групи на амино киселини ги одредуваат карактеристиките на својствата на различни α-амино киселини. Радикалите кои се наоѓаат во α-амино киселините може да се поделат во неколку групи:

Пролин,За разлика од другите 19 протеински мономери, тоа не е амино киселина, туку имино киселина; радикалот во пролинот е поврзан и со α-јаглеродниот атом и со имино групата

Амино киселините се разликуваат во растворливоста во вода.Ова се должи на способноста на радикалите да комуницираат со водата (хидрат).

ДО хидрофилнавклучуваат радикали кои содржат анјонски, катјонски и поларни ненаполнети функционални групи.

ДО хидрофобнивклучуваат радикали кои содржат метил групи, алифатични синџири или прстени.

2. Пептидните врски ги поврзуваат амино киселините за да формираат пептиди.За време на синтезата на пептидите, α-карбоксилната група на една аминокиселина комуницира со α-амино групата на друга аминокиселина за да формира пептидна врска:

Протеините се полипептиди, т.е. линеарни полимери на α-амино киселини поврзани со пептидна врска (сл. 1.1.)

Ориз. 1.1. Термини кои се користат за опишување на структурата на пептидите

Мономерите на амино киселините кои ги сочинуваат полипептидите се нарекуваат остатоци од аминокиселини.Синџир од повторувачки групи - NH-CH-CO- форми пептиден 'рбет.Остатокот од аминокиселина што има слободна α-амино група се нарекува N-терминален, а оној што има слободна α-карбоксилна група се нарекува C-терминал. Пептидите се пишуваат и читаат од N-крајот до C-крајот.

Пептидната врска формирана од имино групата на пролин се разликува од другите пептидни врски: азотниот атом од пептидната група нема водород,

наместо тоа, постои врска со радикал, како резултат на што едната страна од прстенот е вклучена во пептидниот столб:

Пептидите се разликуваат по составот на аминокиселините, бројот на амино киселините и редоследот на поврзување со аминокиселините, на пример, Ser-Ala-Glu-Gis и His-Glu-Ala-Ser се два различни пептиди.

Пептидните врски се многу силни, а нивната хемиска неензимска хидролиза бара тешки услови: протеинот што се анализира се хидролизира во концентрирана хлороводородна киселина на температура од околу 110 ° во текот на 24 часа. Во жива клетка, пептидните врски може да се прекинат протеолитички ензими,повикани протеазиили пептидни хидролази.

3. Примарна структура на протеините.Остатоците од амино киселините во пептидните синџири на различни протеини не се менуваат случајно, туку се распоредени по одреден редослед. Линеарната низа или редоследот на алтернација на аминокиселинските остатоци во полипептидниот синџир се нарекува примарна структура на протеинот.

Примарната структура на секој поединечен протеин е кодирана во молекулата на ДНК (во регионот наречен ген) и се реализира за време на транскрипцијата (копирање на информации на mRNA) и транслација (синтеза на примарната структура на протеинот). Следствено, примарната структура на протеините на поединечно лице е информацијата наследна пренесена од родителите на децата, која ги одредува структурните карактеристики на протеините на даден организам, од кои зависи функцијата на постоечките протеини (сл. 1.2.).

Ориз. 1.2. Односот помеѓу генотипот и конформацијата на протеините синтетизирани во телото на поединецот

Секој од околу 100.000 поединечни протеини во човечкото тело има единственпримарна структура. Молекулите од ист тип на протеин (на пример, албумин) имаат иста алтернација на амино киселински остатоци, што го разликува албуминот од кој било друг поединечен протеин.

Редоследот на остатоци од аминокиселини во пептидниот синџир може да се смета за форма на снимање информации. Оваа информација го одредува просторниот распоред на линеарниот пептиден синџир во покомпактна тридимензионална структура т.н. конформацијаверверица. Процесот на формирање на функционално активна протеинска конформација се нарекува виткање

4. Конформација на протеини.Можна е слободна ротација во пептидниот столб помеѓу азотниот атом од пептидната група и соседниот α-јаглероден атом, како и помеѓу α-јаглеродниот атом и јаглеродот од карбонилната група. Поради интеракцијата на функционалните групи на амино киселински остатоци, примарната структура на протеините може да стекне посложени просторни структури. Во глобуларните протеини, постојат две главни нивоа на преклопување на конформацијата на пептидните синџири: секундарноИ терцијарна структура.

Секундарна структура на протеиние просторна структура формирана како резултат на формирање на водородни врски помеѓу функционалните групи -C=O и -NH- на пептидниот рбет. Во овој случај, пептидниот синџир може да стекне правилни структури од два вида: α-спиралиИ β-структури.

ВО α-спиралисе формираат водородни врски помеѓу атомот на кислород од карбонилната група и водородот на амидниот азот од 4-та амино киселина од него; странични синџири на остатоци од аминокиселини

се наоѓаат по должината на периферијата на спиралата, без да учествуваат во формирањето на секундарната структура (сл. 1.3.).

Масовните радикали, или радикалите што носат еднакви полнежи, го спречуваат формирањето на α-спирала. Остатокот од пролин, кој има структура на прстен, ја прекинува α-спиралата, бидејќи поради недостаток на водород во азотниот атом во пептидниот синџир е невозможно да се формира водородна врска. Врската помеѓу азот и α-јаглеродниот атом е дел од пролинскиот прстен, така што пептидниот 'рбет станува свиткан во оваа точка.

β-Структурасе формира помеѓу линеарните региони на пептидниот столб на еден полипептиден синџир, со што се формираат преклопени структури. Може да се формираат полипептидни синџири или нивни делови паралелноили антипаралелни β-структури.Во првиот случај, N- и C-краевите на интерактивните пептидни синџири се совпаѓаат, а во вториот тие имаат спротивна насока (сл. 1.4).

Ориз. 1.3. Протеинска секундарна структура - α-спирала

Ориз. 1.4. Паралелни и антипаралелни β-лист структури

β-структурите се означени со широки стрелки: A - Антипаралелна β-структура. Б - Паралелни β-лист структури

Во некои протеини, β-структурите може да се формираат поради формирање на водородни врски помеѓу атомите на пептидниот столб на различни полипептидни синџири.

Се наоѓа и во протеините области со неправилни секундарниструктура, која вклучува свиоци, јамки и вртења на полипептидниот столб. Тие често се наоѓаат на места каде што се менува насоката на пептидниот синџир, на пример, кога се формира паралелна структура на β-лист.

Врз основа на присуството на α-спирали и β-структури, глобуларните протеини може да се поделат во четири категории.

Ориз. 1.5. Секундарна структура на миоглобинот (А) и хемоглобинскиот β-синџир (Б), кој содржи осум α-спирали

Ориз. 1.6. Секундарна структура на доменот на триосефосфат изомераза и пируват киназа

Ориз. 1.7. Секундарна структура на константниот домен на имуноглобулинот (А) и ензимот супероксид дисмутаза (Б)

ВО четврта категоријавклучени протеини кои содржат мала количина на редовни секундарни структури. Овие протеини вклучуваат мали протеини богати со цистеин или металопротеини.

Протеинска терцијарна структура- тип на конформација формирана поради интеракции помеѓу радикали на амино киселини, кои можат да се лоцираат на значително растојание едни од други во пептидниот синџир. Повеќето протеини формираат просторна структура слична на топче (глобуларни протеини).

Од хидрофобни радикали амино киселина имаат тенденција да се комбинираат преку т.н хидрофобни интеракциии интермолекуларните ван дер Валс сили, густо хидрофобно јадро се формира во внатрешноста на протеинската топка. Хидрофилните јонизирани и нејонизирани радикали главно се наоѓаат на површината на протеинот и ја одредуваат неговата растворливост во вода.

Ориз. 1.8. Видови врски што се појавуваат помеѓу радикали на аминокиселини за време на формирањето на терциерната структура на протеинот

1 - јонска врска- се јавува помеѓу позитивно и негативно наелектризираните функционални групи;

2 - водородна врска- се јавува помеѓу хидрофилна ненаполнета група и која било друга хидрофилна група;

3 - хидрофобни интеракции- настануваат помеѓу хидрофобните радикали;

4 - дисулфидна врска- формиран поради оксидација на SH групи на остатоци од цистеин и нивната интеракција едни со други

Остатоците од хидрофилни аминокиселини лоцирани во внатрешноста на хидрофобното јадро можат да комуницираат едни со други користејќи јонскиИ водородни врски(Сл. 1.8).

Јонските и водородните врски, како и хидрофобните интеракции, се слаби: нивната енергија не е многу повисока од енергијата на топлинското движење на молекулите на собна температура. Конформацијата на протеинот се одржува со формирање на многу такви слаби врски. Бидејќи атомите што го сочинуваат протеинот се во постојано движење, можно е да се скршат некои слаби врски и да се формираат други, што доведува до мали движења на одделни делови од полипептидниот синџир. Ова својство на протеините да ја менуваат конформацијата како резултат на кршење на некои и формирање на други слаби врски се нарекува конформациска лабилност.

Човечкото тело има системи кои поддржуваат хомеостазата- конзистентност внатрешно опкружувањево одредени прифатливи граници за здрав организам. Во услови на хомеостаза, малите промени во конформацијата не ја нарушуваат целокупната структура и функција на протеините. Функционално активната конформација на протеинот се нарекува родна конформација.Промените во внатрешната средина (на пример, концентрацијата на гликоза, јони на Ca, протони итн.) доведуваат до промени во конформацијата и нарушување на функциите на протеините.

Терциерната структура на некои протеини е стабилизирана дисулфидни врски,формирана поради интеракцијата на -SH групи од два остатоци

Ориз. 1.9. Формирање на дисулфидна врска во протеинска молекула

цистеин (сл. 1.9). Повеќето интрацелуларни протеини немаат ковалентни дисулфидни врски во нивната терциерна структура. Нивното присуство е карактеристично за протеините што ги лачи клетката, што обезбедува нивна поголема стабилност во екстрацелуларните услови. Така, дисулфидните врски се присутни во молекулите на инсулинот и имуноглобулините.

Инсулин- протеински хормон кој се синтетизира во β-клетките на панкреасот и се лачи во крвта како одговор на зголемување на концентрацијата на гликоза во крвта. Во структурата на инсулинот, постојат две дисулфидни врски што ги поврзуваат полипептидните А и Б синџирите и една дисулфидна врска во ланецот А (сл. 1.10).

Ориз. 1.10. Дисулфидни врски во структурата на инсулинот

5. Суперсекундарна структура на протеините.Во протеините со различна примарна структура и функции, тие понекогаш се откриваат слични комбинации и релативни позиции на секундарните структури,кои се нарекуваат суперсекундарна структура. Тој зазема средна позиција помеѓу секундарните и терциерните структури, бидејќи е специфична комбинација на елементи од секундарната структура во формирањето на терциерната структура на протеинот. Суперсекундарни структури имаат специфични имиња, како што се „α-хеликс-вртење-а-спирала“, „леуцин патент“, „цинк прсти“ итн. Ваквите суперсекундарни структури се карактеристични за протеините што се врзуваат за ДНК.

"Леуцин патент."Овој тип на суперсекундарна структура се користи за спојување на два протеини заедно. На површината на протеините кои се во интеракција има α-спирални региони кои содржат најмалку четири остатоци од леуцин. Остатоците од леуцин во α-спиралата се наоѓаат на шест аминокиселини една од друга. Бидејќи секое вртење на α-спиралата содржи 3,6 остатоци од аминокиселини, радикалите на леуцин се наоѓаат на површината на секое второ вртење. Остатоците од леуцин од α-спиралата на еден протеин можат да комуницираат со остатоците од леуцин на друг протеин (хидрофобни интеракции), поврзувајќи ги заедно (сл. 1.11.). Многу протеини за врзување на ДНК функционираат во олигомерни комплекси каде што поединечните подединици се поврзани една со друга со „леуцински патенти“.

Ориз. 1.11. „Леуцин патент“ помеѓу α-спирални региони на два протеини

Пример за такви протеини се хистоните. Хистони- нуклеарни протеини, кои вклучуваат голем број напозитивно наелектризирани амино киселини - аргинин и лизин (до 80%). Молекулите на хистон се комбинираат во олигомерни комплекси кои содржат осум мономери користејќи „леуцин патенти“, и покрај значителното хомонимно полнење на овие молекули.

„Цинк прст“- варијанта на суперсекундарна структура, карактеристична за протеините што се врзуваат за ДНК, има форма на издолжен фрагмент на површината на протеинот и содржи околу 20 остатоци од аминокиселини (сл. 1.12). Обликот на „продолжен прст“ е поддржан од атом на цинк врзан за четири радикали на аминокиселини - два остатоци од цистеин и два остатоци од хистидин. Во некои случаи, наместо остатоци од хистидин, има остатоци од цистеин. Два тесно поставени остатоци од цистеин се одвоени од другите два остатоци од Gisili со Cys секвенца која се состои од приближно 12 амино киселински остатоци. Овој регион на протеинот формира α-спирала, чии радикали можат конкретно да се врзат за регулаторните региони на главниот жлеб на ДНК. Индивидуална специфичност на врзување

Ориз. 1.12. Примарната структура на регионот на протеини кои се врзуваат за ДНК кои ја формираат структурата на „цинк прст“ (буквите ги означуваат амино киселините што ја сочинуваат оваа структура)

Регулаторниот протеин за врзување на ДНК зависи од секвенцата на остатоци од аминокиселини лоцирани во регионот на прстите на цинкот. Таквите структури содржат, особено, рецептори за стероидни хормони вклучени во регулирањето на транскрипцијата (читање информации од ДНК до РНК).

ТЕМА 1.2. ОСНОВИ НА ФУНКЦИОНИРАЊЕТО НА ПРОТЕИНИТЕ. ЛЕКОВИ КАКО ЛИГАНДИ КОИ ВЛИЈААТ НА ФУНКЦИЈАТА НА ПРОТЕИНИТЕ

1. Активниот центар на протеинот и неговата интеракција со лигандот.За време на формирањето на терциерната структура, на површината на функционално активен протеин се формира регион, обично во вдлабнатина, формиран од радикали на аминокиселини кои се далеку еден од друг во примарната структура. Овој регион, кој има единствена структура за даден протеин и е способен за специфична интеракција со одредена молекула или група слични молекули, се нарекува место за врзување протеин-лиганд или активно место. Лигандите се молекули кои комуницираат со протеините.

Висока специфичностИнтеракцијата на протеинот со лигандот е обезбедена со комплементарноста на структурата на активниот центар со структурата на лигандот.

Комплементарност- ова е просторна и хемиска кореспонденција на површините во интеракција. Активниот центар не само што мора просторно да одговара на лигандот вклучен во него, туку мора да се формираат и врски (јонски, водородни и хидрофобни интеракции) помеѓу функционалните групи на радикалите вклучени во активниот центар и лигандот, кои го држат лигандот. во активниот центар (сл. 1.13 ).

Ориз. 1.13. Комплементарна интеракција на протеинот со лигандот

Некои лиганди, кога се прикачени на активниот центар на протеинот, играат помошна улога во функционирањето на протеините. Таквите лиганди се нарекуваат кофактори, а протеините кои содржат непротеински дел се нарекуваат комплексни протеини(за разлика од едноставните протеини, кои се состојат само од протеинскиот дел). Непротеинскиот дел, цврсто поврзан со протеинот, се нарекува протетска група.На пример, миоглобинот, хемоглобинот и цитохромите содржат протетска група, хем, која содржи железен јон, цврсто прикачен на активниот центар. Комплексните протеини кои содржат хем се нарекуваат хемопротеини.

Кога специфични лиганди се прикачени на протеините, функцијата на овие протеини се манифестира. Така, албуминот, најважниот протеин во крвната плазма, ја покажува својата транспортна функција со прикачување на хидрофобни лиганди, како што се масни киселини, билирубин, некои лекови итн. во активниот центар (сл. 1.14).

Лигандите кои комуницираат со тридимензионалната структура на пептидниот синџир можат да бидат не само нискомолекуларни органски и неоргански молекули, туку и макромолекули:

ДНК (примери со протеини кои се врзуваат за ДНК дискутирани погоре);

Полисахариди;

Ориз. 1.14. Врска помеѓу генотипот и фенотипот

Уникатната примарна структура на човечките протеини, кодирана во молекулата на ДНК, се реализира во клетките во форма на единствена конформација, активна централна структура и протеински функции

Во овие случаи, протеинот препознава специфичен регион на лигандот кој е сразмерен и комплементарен на местото на врзување. Така, на површината на хепатоцитите има рецепторни протеини за хормонот инсулин, кој исто така има структура на протеини. Интеракцијата на инсулинот со рецепторот предизвикува промена во неговата конформација и активирање на сигналните системи, што доведува до складирање на хранливи материи во хепатоцитите после јадење.

Така, Функционирањето на протеините се заснова на специфичната интеракција на активниот центар на протеинот со лигандот.

2. Структура на доменот и неговата улога во функционирањето на протеините.Долгите полипептидни синџири на глобуларни протеини често се преклопуваат во неколку компактни, релативно независни региони. Тие имаат независна терциерна структура, која потсетува на онаа на глобуларните протеини и се нарекуваат домени.Поради структурата на доменот на протеините, полесно се формира нивната терциерна структура.

Во протеините на доменот, местата за врзување на лиганди често се наоѓаат помеѓу домени. Така, трипсинот е протеолитички ензим кој се произведува од егзокриниот дел на панкреасот и е неопходен за варење на протеините од храната. Има структура со два домени, а центарот на врзување на трипсин со неговиот лиганд - протеин на храна - се наоѓа во жлебот помеѓу двата домени. Во активниот центар се создаваат услови неопходни за ефективно врзување на специфично место на протеини од храна и хидролиза на неговите пептидни врски.

Различни домени во протеинот можат да се движат релативно едни на други кога активниот центар е во интеракција со лигандот (сл. 1.15).

Хексокиназа- ензим кој ја катализира фосфорилацијата на гликозата користејќи АТП. Активното место на ензимот се наоѓа во расцепот помеѓу двата домени. Кога хексокиназата се врзува за гликозата, областите што ја опкружуваат се затвораат и супстратот се заглавува, каде што се јавува фосфорилација (види Сл. 1.15).

Ориз. 1.15. Врзување на домени на хексокиназа со гликоза

Во некои протеини, домените вршат независни функции со врзување за различни лиганди. Таквите протеини се нарекуваат мултифункционални.

3. Лековите се лиганди кои влијаат на функцијата на протеините.Специфична е интеракцијата на протеините со лигандите. Сепак, поради конформациската лабилност на протеинот и неговиот активен центар, можно е да се избере друга супстанција која исто така би можела да комуницира со протеинот во активниот центар или друг дел од молекулата.

Се нарекува супстанца слична по структура на природен лиганд структурен аналог на лигандотили неприроден лиганд. Исто така, комуницира со протеинот на активното место. Структурен аналог на лиганд може и да ја подобри функцијата на протеините (агонист),и намалете го (антагонист).Лигандот и неговите структурни аналози се натпреваруваат едни со други за врзување за протеинот на истото место. Таквите супстанции се нарекуваат конкурентни модулатори(регулатори) на протеинските функции. Многу лекови делуваат како инхибитори на протеини. Некои од нив се добиваат со хемиска модификација на природни лиганди. Инхибитори на протеинските функции може да бидат лекови и отрови.

Атропинот е конкурентен инхибитор на М-холинергичните рецептори.Ацетилхолинот е невротрансмитер за пренос на нервните импулси преку холинергичните синапси. За да се изврши побудување, ацетилхолинот ослободен во синаптичката пукнатина мора да комуницира со рецепторниот протеин на постсинаптичката мембрана. Најдени се два вида холинергични рецептори:

М рецепторпокрај ацетилхолинот, селективно комуницира со мускаринот (токсин од мушички агарик). М - холинергичните рецептори се присутни на мазните мускули и, при интеракција со ацетилхолин, предизвикуваат нивна контракција;

H рецепторспецифично врзување за никотинот. Н-холинергичните рецептори се наоѓаат во синапсите на напречно-пругастите скелетни мускули.

Специфичен инхибитор М-холинергични рецепторие атропин. Го има во растенијата беладона и кокошката.

Атропинот има функционални групи слични во структурата на ацетилхолинот и нивниот просторен распоред, затоа е конкурентен инхибитор на М-холинергичните рецептори. Имајќи предвид дека врзувањето на ацетилхолин за М-холинергичните рецептори предизвикува контракција на мазните мускули, атропинот се користи како лек кој го ублажува нивниот спазам. (антиспазмодичен).Така, познато е да се користи атропин за опуштање на очните мускули при гледање на фундусот, како и за ублажување на грчеви за време на гастроинтестинална колика. М-холинергичните рецептори се исто така присутни во централниот нервен систем(ЦНС), затоа големите дози на атропин може да предизвикаат несакана реакција од централниот нервен систем: моторна и ментална агитација, халуцинации, конвулзии.

Дитилин е конкурентен агонист на H-холинергичните рецептори, инхибирајќи ја функцијата на невромускулните синапси.

Невромускулните синапси на скелетните мускули содржат H-холинергични рецептори. Нивната интеракција со ацетилхолин доведува до мускулни контракции. За време на некои хируршки операции, како и во ендоскопски студии, се користат лекови кои предизвикуваат релаксација на скелетните мускули (мускулни релаксанти).Тие вклучуваат дитилин, кој е структурен аналог на ацетилхолин. Се прицврстува на H-холинергичните рецептори, но за разлика од ацетилхолинот, тој многу бавно се уништува од ензимот ацетилхолинестераза. Како резултат на продолженото отворање на јонските канали и постојаната деполаризација на мембраната, се нарушува спроводливоста на нервните импулси и се јавува мускулна релаксација. Првично, овие својства биле откриени во отровот кураре, поради што таквите лекови се нарекуваат кураре-како.

ТЕМА 1.3. ДЕНАТУРАЦИЈА НА ПРОТЕИНИ И МОЖНОСТ ЗА НИВНА СПОНТАНА РЕНАТИВАЦИЈА

1. Бидејќи природната конформација на протеините се одржува поради слабите интеракции, промените во составот и својствата на околината што го опкружува протеинот, изложеноста на хемиски реагенси и физички фактори предизвикуваат промена во нивната конформација (својството на конформациска лабилност). Раскинувањето на голем број врски доведува до уништување на природната конформација и денатурација на протеините.

Денатурација на протеини- ова е уништување на нивната матична конформација под влијание на денатурирачки агенси, предизвикано од кинење на слабите врски кои ја стабилизираат просторната структура на протеинот. Денатурацијата е придружена со уништување на уникатната тридимензионална структура и активниот центар на протеинот и губење на неговата биолошка активност (сл. 1.16).

Сите денатурирани молекули на еден протеин добиваат случајна конформација која се разликува од другите молекули на истиот протеин. Аминокиселинските радикали кои го формираат активниот центар се испостави дека се просторно оддалечени еден од друг, т.е. специфичното место за врзување на протеинот со лигандот е уништено. За време на денатурацијата, примарната структура на протеините останува непроменета.

Примена на денатурирачки агенси во биолошките истражувања и медицината.Во биохемиските студии, пред да се утврдат соединенијата со мала молекуларна тежина во биолошкиот материјал, протеините обично прво се отстрануваат од растворот. За таа цел најчесто се користи трихлороцетна киселина (TCA). По додавањето на TCA во растворот, денатурираните протеини се таложат и лесно се отстрануваат со филтрација (Табела 1.1.)

Во медицината, средствата за денатурирање често се користат за стерилизирање на медицински инструменти и материјали во автоклави (средството за денатурација е висока температура) и како антисептици (алкохол, фенол, хлорамин) за третирање на контаминирани површини кои содржат патогена микрофлора.

2. Спонтана реактивација на протеини- доказ за детерминизмот на примарната структура, конформацијата и функцијата на протеините. Индивидуалните протеини се производи на еден ген кои имаат идентична аминокиселинска секвенца и ја добиваат истата конформација во клетката. Фундаменталниот заклучок дека примарната структура на протеинот веќе содржи информации за неговата конформација и функција е направен врз основа на способноста на некои протеини (особено, рибонуклеазата и миоглобинот) спонтано да се обновуваат - да ја вратат нивната родна конформација по денатурацијата.

Формирањето на просторни протеински структури се врши со методот на самосклопување - спонтан процес во кој полипептидниот синџир, кој има единствена примарна структура, има тенденција да усвои конформација со најниска слободна енергија во растворот. Способноста да се обноват протеините кои ја задржуваат својата примарна структура по денатурацијата беше опишана во експеримент со ензимот рибонуклеаза.

Рибонуклеазата е ензим кој ги разградува врските помеѓу поединечните нуклеотиди во молекулата на РНК. Овој топчест протеин има еден полипептиден синџир, чија терцијарна структура е стабилизирана со многу слаби и четири дисулфидни врски.

Третманот на рибонуклеазата со уреа, која ги раскинува водородните врски во молекулата, и средство за намалување, кое ги раскинува дисулфидните врски, доведува до денатурација на ензимот и губење на неговата активност.

Отстранувањето на денатурирачките агенси со дијализа доведува до обновување на конформацијата и функцијата на протеините, т.е. до повторно раѓање. (Сл. 1.17).

Ориз. 1.17. Денатурација и ренативација на рибонуклеазата

А - природна конформација на рибонуклеаза, во терциерната структура на која има четири дисулфидни врски; Б - денатурирана молекула на рибонуклеаза;

Б - реактивирана молекула на рибонуклеаза со обновена структура и функција

1. Пополнете ја табелата 1.2.

Табела 1.2. Класификација на аминокиселините според поларитетот на радикалите

2. Напишете ја формулата на тетрапептидот:

Асп - Про - Фен - Лиз

а) означете ги повторувачките групи во пептидот што го формираат пептидниот столб и променливите групи претставени со радикали на аминокиселини;

б) означете ги N- и C-крајните;

в) истакнете ги пептидните врски;

г) напишете друг пептид кој се состои од исти амино киселини;

д) брои го бројот на можни варијанти на тетрапептид со сличен состав на аминокиселини.

3. Објаснете ја улогата на примарната структура на протеините користејќи го примерот на компаративна анализа на два структурно слични и еволутивно блиски пептидни хормони на неврохипофизата на цицачите - окситоцин и вазопресин (Табела 1.3).

Табела 1.3. Структура и функции на окситоцин и вазопресин

За ова:

а) споредете го составот и аминокиселинската секвенца на два пептида;

б) да ја најде сличноста на примарната структура на двата пептида и сличноста на нивното биолошко дејство;

в) најдете разлики во структурата на два пептида и разлики во нивните функции;

г) да донесе заклучок за влијанието на примарната структура на пептидите врз нивните функции.

4. Опишете ги главните фази на формирање на конформацијата на глобуларни протеини (секундарни, терциерни структури, концептот на суперсекундарна структура). Наведете ги видовите на врски вклучени во формирањето на протеинските структури. Кои аминокиселински радикали можат да учествуваат во формирањето на хидрофобни интеракции, јонски, водородни врски.

Наведи примери.

5. Дефинирајте го концептот на „конформациска лабилност на протеините“, наведете ги причините за неговото постоење и значење.

6. Проширете го значењето на следната фраза: „Функционирањето на протеините се заснова на нивната специфична интеракција со лигандот“, користејќи ги термините и објаснувајќи го нивното значење: конформација на протеини, активен центар, лиганд, комплементарност, протеинска функција.

7. Користејќи еден пример, објаснете што се домени и која е нивната улога во функционирањето на протеините.

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛА

1. Натпревар.

Функционална група во аминокиселинскиот радикал:

А. Карбоксилна група Б. Хидроксилна група Ц Гванидинска група Д. Тиол група Е. Амино група

2. Изберете ги точните одговори.

Амино киселините со поларни ненаполнети радикали се:

A. Cis B. Asn

Б. Глу Г. Три

3. Изберете ги точните одговори.

Аминокиселински радикали:

А. Обезбедете специфичност на примарната структура Б. Учествувајте во формирањето на терциерната структура

Б. Сместени на површината на протеинот, тие влијаат на неговата растворливост D. Формираат активниот центар

D. Учествуваат во формирањето на пептидни врски

4. Изберете ги точните одговори.

Може да се формираат хидрофобни интеракции помеѓу аминокиселинските радикали:

А. Тре Леј Б. Про Три

Б. Мет Иле Г. Тир Ала Д. Вал Фен

5. Изберете ги точните одговори.

Јонските врски можат да се формираат помеѓу аминокиселинските радикали:

А. Глн Асп Б. Апр Лиз

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

6. Изберете ги точните одговори.

Водородните врски можат да се формираат помеѓу радикали на аминокиселини:

А. Сер Глн Б. Цис Тре

Б. Асп Лиз Г. Глу Асп Д. Асн Тре

7. Натпревар.

Вид на врска вклучена во формирањето на протеинската структура:

А. Примарна структура Б. Секундарна структура

Б. Терцијарна структура

D. Суперсекундарна структура E. Конформација.

1. Водородни врски помеѓу атомите на пептидниот столб

2. Слаби врски помеѓу функционалните групи на аминокиселински радикали

3. Врски помеѓу α-амино и α-карбоксилни групи на амино киселини

8. Изберете ги точните одговори. Трипсин:

A. Протеолитички ензим B. Содржи два домени

Б. Хидролизира скроб

D. Активната локација се наоѓа помеѓу домените. D. Се состои од два полипептидни синџири.

9. Изберете ги точните одговори. Атропин:

A. Невротрансмитер

Б. Структурен аналог на ацетилхолин

B. Интеракции со H-холинергични рецептори

D. Ја зајакнува спроводливоста на нервните импулси преку холинергичните синапси

D. Конкурентен инхибитор на М-холинергичните рецептори

10. Изберете ги точните изјави. Во протеините:

A. Примарната структура содржи информации за структурата на нејзиното активно место

Б. Активниот центар се формира на ниво на примарната структура

Б. Конформацијата е цврсто фиксирана со ковалентни врски

D. Активното место може да комуницира со група слични лиганди

поради конформациската лабилност на протеините D. Промена животната средина, може да влијае на афинитетот на активната

центар до лиганд

1. 1-Б, 2-Г, 3-Б.

3. А, Б, Ц, Д.

7. 1-Б, 2-Д, 3-А.

8. А, Б, Ц, Д.

ОСНОВНИ ПОИМИ И ПОИМИ

1. Протеини, полипептиди, амино киселини

2. Примарни, секундарни, терциерни протеински структури

3. Конформација, конформација на мајчин протеин

4. Ковалентни и слаби врски во протеините

5. Конформациска лабилност

6. Протеинско активно место

7. Лиганди

8. Преклопување на протеини

9. Структурни аналози на лиганди

10. Протеини од домен

11. Едноставни и сложени протеини

12. Протеинска денатурација, денатурирачки агенси

13. Реактивирање на протеините

Решавајте проблеми

„Структурна организација на протеините и основата на нивното функционирање“

1. Главната функција на протеинот - хемоглобинот А (HbA) е транспортот на кислород до ткивата. Кај човечката популација познати се повеќе форми на овој протеин со изменети својства и функција - таканаречените абнормални хемоглобини. На пример, хемоглобинот S, кој се наоѓа во црвените крвни зрнца на пациенти со српеста анемија (HbS), е откриено дека има ниска растворливост во услови на низок парцијален притисок на кислород (како што е случајот со венската крв). Ова доведува до формирање на агрегати на овој протеин. Протеинот ја губи својата функција, се таложи и црвените крвни зрнца се стекнуваат неправилна форма(некои од нив формираат срп форма) и се уништуваат побрзо од вообичаеното во слезината. Како резултат на тоа, се развива српеста анемија.

Единствената разлика во примарната структура на HbA беше пронајдена во N-терминалниот регион на β-синџирот на хемоглобинот. Споредете ги N-терминалните региони на β-влакното и покажете како промените во примарната структура на протеинот влијаат на неговите својства и функции.

За ова:

а) напишете ги формулите на амино киселините по кои HbA се разликува и споредете ги својствата на овие амино киселини (поларитет, полнеж).

б) донесе заклучок за причината за намалување на растворливоста и нарушување на транспортот на кислород во ткивата.

2. На сликата е прикажан дијаграм на структурата на протеин кој има сврзувачки центар со лиганд (активен центар). Објаснете зошто протеинот е селективен во изборот на лиганд. За ова:

а) запомнете што е активниот центар на протеинот и разгледајте ја структурата на активниот центар на протеинот прикажан на сликата;

б) напиши ги формулите на радикалите на аминокиселините кои го сочинуваат активниот центар;

в) нацртајте лиганд кој би можел конкретно да комуницира со активното место на протеинот. Наведете ги на неа функционалните групи кои можат да формираат врски со радикалите на аминокиселините што го сочинуваат активниот центар;

г) наведете ги видовите врски што се појавуваат помеѓу лигандот и радикалите на аминокиселините на активниот центар;

д) објасни на што се заснова специфичноста на интеракцијата протеин-лиганд.

3. Сликата го прикажува активното место на протеинот и неколку лиганди.

Определете кој лиганд има најголема веројатност да комуницира со активното место на протеинот и зошто.

Какви видови врски се јавуваат при формирањето на протеинско-лигандскиот комплекс?

4. Структурните аналози на природните протеински лиганди може да се користат како лекови за менување на активноста на протеините.

Ацетилхолинот е посредник за пренос на возбуда во невромускулните синапси. Кога ацетилхолин е во интеракција со протеини - рецептори на постсинаптичката мембрана на скелетните мускули, се отвораат јонските канали и се јавува контракција на мускулите. Дитилин е лек кој се користи во некои операции за опуштање на мускулите, бидејќи го нарушува преносот на нервните импулси преку невромускулните синапси. Објаснете го механизмот на дејство на дитилин како мускулен релаксант. За ова:

а) напишете ги формулите на ацетилхолин и дитилин и споредете ги нивните структури;

б) опишете го механизмот на релаксирачки ефект на дитилин.

5. Кај некои болести, температурата на телото на пациентот се зголемува, што се смета како заштитна реакција на телото. Сепак, високите температури се штетни за телесните протеини. Објаснете зошто на температури над 40 °C се нарушува функцијата на протеините и се јавува закана за човечкиот живот. За да го направите ова, запомнете:

1) Структурата на протеините и врските што ја држат нејзината структура во природната конформација;

2) Како се менува структурата и функцијата на протеините со зголемување на температурата?;

3) Што е хомеостаза и зошто е важна за одржување на здравјето на луѓето.

Модуларна единица 2 ОЛИГОМЕРИЧКИ ПРОТЕИНИ КАКО ЦЕЛИ НА РЕГУЛАТОРНИ ВЛИЈАНИЕ. СТРУКТУРНА И ФУНКЦИОНАЛНА РАЗЛИЧНОСТ НА ПРОТЕИНИ. МЕТОДИ ЗА РАЗДЕЛУВАЊЕ И ПРОЧИСТУВАЊЕ НА ПРОТЕИНИ

Цели на учењето Бидете способни:

1. Користете знаење за карактеристиките на структурата и функциите на олигомерните протеини за да ги разберете адаптивните механизми на регулирање на нивните функции.

2. Објаснете ја улогата на чаперони во синтезата и одржувањето на конформацијата на протеините во клеточни услови.

3. Објаснете ја разновидноста на манифестациите на животот со разновидноста на структурите и функциите на протеините синтетизирани во телото.

4. Анализирајте го односот помеѓу структурата на протеините и нивната функција користејќи примери за споредба на сродни хемопротеини - миоглобин и хемоглобин, како и претставници на петте класи на протеини од семејството на имуноглобулини.

5. Применуваат знаења за особеностите на физичките и хемиските својства на протеините за избор на методи за нивно прочистување од други протеини и нечистотии.

6. Толкувајте ги резултатите од квантитативните и квалитетен составпротеините на крвната плазма за да се потврди или разјасни клиничката дијагноза.

Знајте:

1. Карактеристики на структурата на олигомерните протеини и адаптивни механизми за регулирање на нивните функции користејќи го примерот на хемоглобинот.

2. Структурата и функциите на чапероните и нивната важност за одржување на природната конформација на протеините во клеточни услови.

3. Принципи на комбинирање на протеините во семејства врз основа на сличноста на нивната конформација и функции користејќи го примерот на имуноглобулините.

4. Методи за одвојување на протеините врз основа на карактеристиките на нивните физичко-хемиски својства.

5. Електрофореза на крвната плазма како метод за проценка на квалитативниот и квантитативниот состав на протеините.

ТЕМА 1.4. КАРАКТЕРИСТИКИ НА СТРУКТУРАТА И ФУНКЦИОНИРАЊЕТО НА ОЛИГОМЕРНИ ПРОТЕИНИ КОРИСТЕТЕ ГО ПРИМЕРОТ НА ХЕМОГЛОБИН

1. Многу протеини содржат неколку полипептидни синџири. Таквите протеини се нарекуваат олигомерни,и индивидуални синџири - протомери.Протомерите во олигомерните протеини се поврзани со многу слаби нековалентни врски (хидрофобни, јонски, водородни). Интеракција

протомери се вршат благодарение на комплементарностнивните контактни површини.

Бројот на протомери во олигомерните протеини може многу да варира: хемоглобинот содржи 4 протомери, ензимот аспартат аминотрансфераза има 12 протомери, а протеинот од вирусот на мозаикот од тутун содржи 2120 протомери поврзани со нековалентни врски. Следствено, олигомерните протеини може да имаат многу висока молекуларна тежина.

Интеракцијата на еден протомер со други може да се смета за посебен случај на интеракција протеин-лиганд, бидејќи секој протомер служи како лиганд за други протомери. Бројот и начинот на спојување на протомери во протеин се нарекуваат кватернарна протеинска структура.

Протеините можат да содржат протомери со иста или различна структура, на пример, хомодимерите се протеини кои содржат два идентични протомери, а хетеродимерите се протеини кои содржат два различни протомери.

Ако протеините содржат различни протомери, тогаш на нив може да се формираат сврзувачки центри со различни лиганди кои се разликуваат по структура. Кога лигандот се врзува за активното место, функцијата на овој протеин се манифестира. Центарот лоциран на различен протомер се нарекува алостеричен (различен од активниот). Контактирање алостеричен лиганд или ефектор,врши регулаторна функција (сл. 1.18). Интеракцијата на алостеричниот центар со ефекторот предизвикува конформациски промени во структурата на целиот олигомерен протеин поради неговата конформациска лабилност. Ова влијае на афинитетот на активното место за специфичен лиганд и ја регулира функцијата на тој протеин. Промената во конформацијата и функцијата на сите протомери за време на интеракцијата на олигомерниот протеин со најмалку еден лиганд се нарекуваат кооперативни конформациски промени. Ефекторите кои ја подобруваат протеинската функција се нарекуваат активатори,и ефектори кои ја инхибираат неговата функција - инхибитори.

Така, олигомерните протеини, како и протеините со структура на домен, имаат ново својство во споредба со мономерните протеини - способност за алостерично регулирање на функциите (регулација со прикачување на различни лиганди на протеинот). Ова може да се види со споредување на структурите и функциите на два тесно поврзани комплексни протеини, миоглобинот и хемоглобинот.

Ориз. 1.18. Шема на структурата на димерен протеин

2. Формирање на просторни структури и функционирање на миоглобинот.

Миоглобинот (Mb) е протеин кој се наоѓа во црвените мускули, чија главна функција е создавање резерви на О 2 неопходни за интензивна мускулна работа. Mb е комплексен протеин кој содржи протеински дел - apoMb и непротеински дел - хем. Примарната структура на apoMB ја одредува нејзината компактна топчеста конформација и структурата на активниот центар, на кој е прикачен непротеинскиот дел од миоглобинот, хем. Кислородот што доаѓа од крвта до мускулите се врзува за Fe+2 хемите во миоглобинот. Mb е мономерен протеин кој има многу висок афинитет за O 2, затоа ослободувањето на кислород од миоглобинот се случува само при интензивна мускулна работа, кога парцијалниот притисок на O 2 нагло се намалува.

Формирање на конформацијата Mv.Во црвените мускули, на рибозомите за време на транслацијата, се синтетизира примарната структура на МБ, претставена со специфична низа од 153 аминокиселински остатоци. Секундарната структура на Mb содржи осум α-спирали, наречени со латински букви од A до H, меѓу кои има неспирални региони. Терциерната структура на Mb има форма на компактна топка, во чија вдлабнатина се наоѓа активниот центар помеѓу F и E α-спиралите (сл. 1.19).

Ориз. 1.19. Структура на миоглобинот

3. Карактеристики на структурата и функционирањето на активниот центар на МВ.Активниот центар на Mb е формиран претежно од хидрофобни аминокиселински радикали, широко распоредени еден од друг во примарната структура (на пример, Tri 3 9 и Фен 138) Слабо растворливи во вода лиганди - хем и О 2 - се прикачуваат на активниот центар. Хемот е специфичен лиганд на apoMB (сл. 1.20), чија основа е составена од четири пиролски прстени поврзани со метенилни мостови; во центарот има атом Fe+ 2 поврзан со атомите на азот на пиролските прстени со четири координативни врски. Во активниот центар на Mb, покрај хидрофобните аминокиселински радикали, има и остатоци од две амино киселини со хидрофилни радикали - Гис Е 7(Gis 64) и ГИС Ф 8(Неговиот 93) (Сл. 1.21).

Ориз. 1.20. Структурата на хем - не-протеинскиот дел од миоглобинот и хемоглобинот

Ориз. 1.21. Локација на хем и О2 во активното место на апомиоглобинот и хемоглобинските протомери

Хемот е ковалентно врзан за неговиот F8 преку атом на железо. O 2 се прицврстува на железото од другата страна на рамнината на хем. Неговиот Е 7 е неопходен за правилна ориентација на О 2 и го олеснува додавањето на кислород во Fe + 2 хем

ГИС Ф 8формира координативна врска со Fe+ 2 и цврсто го фиксира хемот во активниот центар. Гис Е 7неопходен за правилна ориентација во активниот центар на друг лиганд - O 2 за време на неговата интеракција со Fe + 2 хем. Микросредината на хем создава услови за силно, но реверзибилно врзување на O 2 со Fe + 2 и ја спречува водата да навлезе во хидрофобното активно место, што може да доведе до негова оксидација до Fe + 3.

Мономерната структура на Mb и неговиот активен центар го одредува високиот афинитет на протеинот за O 2.

4. Олигомерна структура на Hb и регулација на афинитетот на Hb кон O 2 лиганди. Човечки хемоглобини- семејство на протеини, како миоглобинот, поврзани со комплексни протеини (хемопротеини). Тие имаат тетрамерна структура и содржат два α-синџири, но се разликуваат во структурата на другите два полипептидни синџири (2α-, 2x-синџири). Структурата на вториот полипептиден синџир ги одредува карактеристиките на функционирањето на овие форми на Hb. Околу 98% од хемоглобинот во црвените крвни зрнца на возрасен е хемоглобин А(2α-, 2p-синџири).

За време на развојот на фетусот, функционираат два главни типа на хемоглобини: ембрионски Hb(2α, 2ε), кој се наоѓа на раните фазифетален развој и хемоглобин F (фетален)- (2α, 2γ), кој го заменува раниот фетален хемоглобин во шестиот месец од интраутериниот развој и дури по раѓањето се заменува со Hb A.

HB A е протеин поврзан со миоглобинот (MB) кој се наоѓа во црвените крвни зрнца на возрасен човек. Структурата на неговите поединечни протомери е слична на онаа на миоглобинот. Секундарните и терциерните структури на протомерите на миоглобинот и хемоглобинот се многу слични, и покрај фактот што во примарната структура на нивните полипептидни синџири се идентични само 24 амино киселински остатоци (секундарната структура на протомерите на хемоглобин, како миоглобинот, содржи осум α-спирали, означени со латински букви од A до H, а терциерната структура има форма на компактна топка). Но, за разлика од миоглобинот, хемоглобинот има олигомерна структура, која се состои од четири полипептидни синџири поврзани со не-ковалентни врски (Слика 1.22).

Секој протомер на Hb е поврзан со непротеински дел - хем и соседни протомери. Врската на протеинскиот дел на Hb со хем е слична на онаа на миоглобинот: во активниот центар на протеинот, хидрофобните делови на хемот се опкружени со хидрофобни аминокиселински радикали со исклучок на His F 8 и His E 7, кои се наоѓаат на двете страни на рамнината на хем и играат слична улога во функционирањето на протеинот и неговото врзување со кислородот (види структура на миоглобинот).

Ориз. 1.22. Олигомерна структура на хемоглобинот

Освен тоа, Гис Е 7врши важна дополнителна улогаво функционирањето на Нв. Слободниот хем има 25.000 пати поголем афинитет за CO отколку за O2. CO се формира во мали количини во телото и, со оглед на неговиот висок афинитет за хем, може да го наруши транспортот на O 2 неопходен за живот на клетките. Меѓутоа, во составот на хемоглобинот, афинитетот на хем за јаглерод моноксид го надминува афинитетот за O 2 само за 200 пати поради присуството на His E 7 во активниот центар. Остатокот од оваа аминокиселина создава оптимални услови за врзување на хем со O 2 и ја ослабува интеракцијата на хем со CO.

5. Главната функција на HB е транспортот на О2 од белите дробови до ткивата.За разлика од мономерниот миоглобин, кој има многу висок афинитет за О2 и ја врши функцијата на складирање на кислород во црвените мускули, олигомерната структура на хемоглобинот обезбедува:

1) брза заситеност на HB со кислород во белите дробови;

2) способноста на HB да ослободува кислород во ткивата при релативно висок парцијален притисок од O 2 (20-40 mm Hg);

3) можност за регулирање на афинитетот на Hb кон O 2.

6. Кооперативните промени во конформацијата на протомерите на хемоглобин го забрзуваат врзувањето на O 2 во белите дробови и неговото ослободување во ткивата. Во белите дробови, високиот парцијален притисок на O 2 го промовира неговото врзување за Hb во активното место на четири протомери (2α и 2β). Активниот центар на секој протомер, како и кај миоглобинот, се наоѓа помеѓу два α-спирали (F и E) во хидрофобен џеб. Содржи непротеински дел - хем, прикачен на протеинскиот дел со многу слаби хидрофобни интеракции и една силна врска помеѓу Fe 2 + хем и His F 8 (види Сл. 1.21).

Во деоксихемоглобинот, поради оваа врска со His F 8, атомот Fe 2 + штрчи од рамнината на хем кон хистидин. Врзувањето на O 2 со Fe 2 + се случува на другата страна на хемот во регионот His E 7 со помош на единечна слободна координативна врска. Неговиот Е 7 обезбедува оптимални услови за врзување на О 2 со хем железото.

Додавањето на O 2 во атомот Fe + 2 на еден протомер предизвикува негово движење во рамнината на хем, проследено со остаток од хистидин поврзан со него

Ориз. 1.23. Промена на конформацијата на протомерот на хемоглобин кога се комбинира со O 2

Ова доведува до промена во конформацијата на сите полипептидни синџири поради нивната конформациска лабилност. Промената на конформацијата на другите синџири ја олеснува нивната интеракција со следните молекули на O 2.

Четвртата молекула O 2 се прицврстува на хемоглобинот 300 пати полесно од првата (сл. 1.24).

Ориз. 1.24. Кооперативни промени во конформацијата на протомери на хемоглобин за време на неговата интеракција со О2

Во ткивата, секоја следна молекула на O2 се отцепува полесно од претходната, исто така поради кооперативните промени во конформацијата на протомерите.

7. CO 2 и H+ формирани за време на катаболизмот органска материја, го намалуваат афинитетот на хемоглобинот за O 2 пропорционално на нивната концентрација. Енергијата потребна за функционирање на клетките се произведува првенствено во митохондриите за време на оксидацијата на органските материи со користење на O 2 испорачан од белите дробови преку хемоглобинот. Како резултат на оксидацијата на органските материи, се формираат финалните производи од нивното распаѓање: CO 2 и K 2 O, чија количина е пропорционална на интензитетот на тековните процеси на оксидација.

CO 2 дифундира од клетките во крвта и продира во црвените крвни зрнца, каде што, под дејство на ензимот карбанхидраза, се претвора во јаглеродна киселина. Оваа слаба киселина се дисоцира во протон и бикарбонат јон.

H+ се способни да им се придружат на Неговите радикали 14 6 во α- и β-синџирите на хемоглобинот, т.е. во области оддалечени од хем. Протонацијата на хемоглобинот го намалува неговиот афинитет за O 2, го промовира отстранувањето на O 2 од oxyHb, формирањето на deoxyHb и го зголемува снабдувањето со кислород до ткивата пропорционално на бројот на формирани протони (сл. 1.25).

Зголемувањето на количината на ослободениот кислород во зависност од зголемувањето на концентрацијата на H+ во црвените крвни зрнца се нарекува Боров ефект (именуван по данскиот физиолог Кристијан Бор, кој прв го открил овој ефект).

Во белите дробови, високиот парцијален притисок на кислород го промовира неговото врзување за деокси Hb, што го намалува афинитетот на протеинот за H +. Ослободените протони под дејство на јаглеродна киселина реагираат со бикарбонати за да формираат CO 2 и H 2 O

Ориз. 1.25. Зависност на афинитетот на Hb за O 2 од концентрацијата на CO 2 и протоните (Боров ефект):

А- влијание на концентрацијата на CO 2 и H+ врз ослободувањето на O 2 од комплексот со HB (Боров ефект); Б- оксигенација на деоксихемоглобин во белите дробови, формирање и ослободување на CO 2.

Добиениот CO 2 влегува во алвеоларниот простор и се отстранува со издишаниот воздух. Така, количината на кислород што се ослободува од хемоглобинот во ткивата е регулирана со производите на катаболизмот на органските супстанции: колку е поинтензивно разградувањето на супстанциите, на пример за време на физички вежби, толку е поголема концентрацијата на CO 2 и H + и толку повеќе кислород. ткивата добиваат како резултат на намалување на афинитетот на Hb за O 2.

8. Алостерична регулација на афинитетот на Hb за O2 од страна на лигандот - 2,3-бисфосфоглицерат.Во еритроцитите, алостеричниот лиганд на хемоглобинот, 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-BPG), се синтетизира од производот на оксидација на гликоза - 1,3-бифосфоглицерат. Во нормални услови, концентрацијата на 2,3-BPG е висока и споредлива со концентрацијата на Hb. 2,3-BPG има силен негативен полнеж од -5.

Бифосфоглицератот во ткивните капилари, врзувајќи се за деоксихемоглобинот, го зголемува ослободувањето на кислород во ткивата, намалувајќи го афинитетот на Hb за O2.

Во центарот на тетрамерната молекула на хемоглобинот е шуплина. Се формира од остатоци од аминокиселини на сите четири протомери (види Сл. 1.22). Во ткивните капилари, протонацијата на Hb (Боров ефект) доведува до прекин на врската помеѓу хем железото и О2. Во молекула

деоксихемоглобинот, во споредба со оксихемоглобинот, се појавуваат дополнителни јонски врски кои ги поврзуваат протомерите, како резултат на што димензиите на централната празнина се зголемуваат во споредба со оксихемоглобинот. Централната празнина е местото на прицврстување на 2,3-BPG на хемоглобинот. Поради разликата во големината на централната празнина, 2,3-BPG може да се прикачи само на деоксихемоглобинот.

2,3-BPG комуницира со хемоглобинот во место оддалечено од активните центри на протеинот и припаѓа на алостерична(регулаторни) лиганди, а централната празнина на Hb е алостеричен центар. 2,3-BPG има силен негативен полнеж и е во интеракција со пет позитивно наелектризирани групи од двата β-синџири на Hb: N-терминалната α-амино група на Val и Lys 82 His 143 радикали (сл. 1.26).

Ориз. 1.26. BPG во централната празнина на деоксихемоглобинот

BPG се врзува за три позитивно наелектризирани групи на секоја β-влакна.

Во ткивните капилари, добиениот деоксихемоглобин е во интеракција со 2,3-BPG и се формираат јонски врски помеѓу позитивно наелектризираните радикали на β-синџирите и негативно наелектризираниот лиганд, кои ја менуваат конформацијата на протеинот и го намалуваат афинитетот на Hb за O2. . Намалувањето на афинитетот на Hb за O 2 придонесува за поефикасно ослободување на O 2 во ткивото.

Во белите дробови, при висок парцијален притисок, кислородот комуницира со Hb, спојувајќи го хем железото; во овој случај, конформацијата на протеинот се менува, централната празнина се намалува и 2,3-BPG се поместува од алостеричниот центар

Така, олигомерните протеини имаат нови својства во споредба со мономерните протеини. Прицврстување на лиганди на места

просторно оддалечени едни од други (алостерични), може да предизвикаат конформациски промени во целата протеинска молекула. Поради интеракцијата со регулаторните лиганди, се јавува промена во конформацијата и адаптација на функцијата на протеинската молекула на промените на животната средина.

ТЕМА 1.5. ОДРЖУВАЊЕ НА МАТИЧНА КОНФОРМАЦИЈА НА ПРОТЕИНИ ВО КЛЕТНИ УСЛОВИ

Во клетките, при синтезата на полипептидните синџири, нивниот транспорт преку мембраните до соодветните делови на клетката, при процесот на превиткување (формирање на природната конформација) и при склопување на олигомерните протеини, како и при нивното функционирање, меѓу , во структурата на протеините се појавуваат нестабилни конформации склони кон агрегација. Хидрофобните радикали, обично скриени во протеинската молекула во природната конформација, се појавуваат на површината во нестабилна конформација и имаат тенденција да се комбинираат со групи други протеини кои се слабо растворливи во вода. Во клетките на сите познати организми, откриени се специјални протеини кои обезбедуваат оптимално превиткување на клеточните протеини, ја стабилизираат нивната природна конформација за време на функционирањето и што е најважно, ја одржуваат структурата и функциите на интрацелуларните протеини кога е нарушена хомеостазата. Овие протеини се нарекуваат "сопственици"што значи „дадилка“ на француски.

1. Молекуларни шаперони и нивната улога во спречувањето на денатурација на протеините.

Шаперони (CH) се класифицираат според масата на нивните подединици. Шаперони со висока молекуларна тежина имаат маса од 60 до 110 kDa. Меѓу нив најмногу се изучувани три класи: Ш-60, Ш-70 и Ш-90. Секоја класа вклучува семејство на сродни протеини. Така, Ш-70 вклучува протеини со молекуларна тежина од 66 до 78 kDa. Шаперони со ниска молекуларна тежина имаат молекуларна тежина од 40 до 15 kDa.

Меѓу придружниците има конститутивенпротеини, чија висока базална синтеза не зависи од стресните ефекти врз клетките на телото и индуцирана,чија синтеза во нормални услови е слаба, но нагло се зголемува под стрес. Индуцираните чаперони се нарекуваат и „протеини од топлински шок“ затоа што првпат биле откриени во клетките изложени на високи температури. Во клетките, поради високата концентрација на протеини, спонтано реактивирање на делумно денатурирани протеини е тешко. Ш-70 може да го спречи почетокот на денатурацијата и да помогне во обновувањето на природната конформација на протеините. Молекуларни шаперони-70- високо конзервирана класа на протеини кои се наоѓаат во сите делови на клетката: цитоплазма, јадро, ендоплазматичен ретикулум, митохондрии. На карбоксилниот крај на единечниот полипептиден синџир Ш-70 има регион кој е жлеб способен за интеракција со пептиди со должина

од 7 до 9 остатоци од аминокиселини збогатени со хидрофобни радикали. Таквите региони во глобуларните протеини се јавуваат приближно на секои 16 аминокиселини. Ш-70 е способен да ги заштити протеините од температурна инактивација и да ја врати конформацијата и активноста на делумно денатурираните протеини.

2. Улогата на чаперони во превиткување на протеини.За време на синтезата на протеините на рибозомот, N-терминалниот регион на полипептидот се синтетизира пред C-терминалниот регион. За да се формира природната конформација, потребна е целосна аминокиселинска секвенца на протеинот. Во процесот на синтеза на протеини, chaperones-70, поради структурата на нивниот активен центар, се способни да ги затворат областите на полипептидот кои се склони кон агрегација, збогатени со хидрофобни аминокиселински радикали додека не се заврши синтезата (Слика 1.27, A ).

Ориз. 1.27. Учество на чаперони во превиткување на протеини

А - учество на chaperones-70 во спречување на хидрофобни интеракции помеѓу деловите на синтетизираниот полипептид; Б - формирање на природна конформација на протеинот во комплексот на чаперони

Многу високомолекуларни протеини кои имаат сложена конформација, како што е структурата на доменот, се преклопуваат во посебен простор формиран од Ш-60. Ш-60функционира како олигомерен комплекс кој се состои од 14 подединици. Тие формираат два шупливи прстени, од кои секоја се состои од седум подединици, овие прстени се поврзани едни со други. Секоја подединица Sh-60 се состои од три домени: апикална (апикална), збогатена со хидрофобни радикали свртени кон шуплината на прстенот, средно и екваторијално (сл. 1.28).

Ориз. 1.28. Структура на комплексот чаперонин кој се состои од 14 Ш-60

А - страничен поглед; Б - поглед одозгора

Синтетизираните протеини, кои имаат елементи на површината карактеристични за расклопените молекули, особено хидрофобните радикали, влегуваат во шуплината на придружните прстени. Во специфичното опкружување на овие шуплини, се бараат можни конформации додека не се најде единствената енергетски најповолна (сл. 1.27, Б). Формирањето на конформации и ослободувањето на протеини е придружено со АТП хидролизаво екваторијалниот регион. Вообичаено, ваквото преклопување кое зависи од чаперон бара значителна количина на енергија.

Покрај учеството во формирањето на тродимензионалната структура на протеините и обновувањето на делумно денатурираните протеини, шапероните се исто така неопходни за појава на такви основни процеси како што се склопување на олигомерни протеини, препознавање и транспорт на денатурирани протеини во лизозоми, транспорт на протеини низ мембраните и учество во регулација на активноста на протеинските комплекси.

ТЕМА 1.6. РАЗНОСТ НА ПРОТЕИНИ. ПРОТЕИНИ СЕМЕЈСТВА: ПРИМЕР НА ИМУНОГЛОБУЛИНИ

1. Протеините играат одлучувачка улога во животот на поединечните клетки и на целиот повеќеклеточен организам, а нивните функции се изненадувачки разновидни. Ова се одредува според карактеристиките на примарната структура и конформациите на протеините, уникатната структура на активниот центар и способноста да се врзуваат специфични лиганди.

Само многу мал дел од сите можни варијанти на пептидни синџири може да усвои стабилна просторна структура; мнозинство

од нив може да земат многу конформации со приближно иста Гибсова енергија, но со различни својства. Примарната структура на повеќето познати протеини избрани со биолошка еволуција обезбедува исклучителна стабилност на една од конформациите, што ги одредува карактеристиките на функционирањето на овој протеин.

2. Протеински семејства.Во рамките на истиот биолошки вид, замените на аминокиселинските остатоци може да доведат до појава на различни протеини кои вршат сродни функции и имаат хомологни низиамино киселини. Ваквите сродни протеини имаат неверојатно слични конформации: бројот и релативните позиции на α-спиралите и/или β-структурите, а повеќето вртења и свиоци на полипептидните синџири се слични или идентични. Протеините со хомологни региони на полипептидниот синџир, слична конформација и сродни функции се класифицирани во фамилии на протеини. Примери на протеински семејства: серински протеинази, имуноглобулинско семејство, миоглобинско семејство.

Серински протенази- семејство на протеини кои вршат функција на протеолитички ензими. Тие вклучуваат дигестивни ензими - химотрипсин, трипсин, еластаза и многу фактори на згрутчување на крвта. Овие протеини имаат идентични амино киселини во 40% од нивните позиции и многу слична конформација (сл. 1.29).

Ориз. 1.29. Просторни структуриеластаза (А) и химотрипсин (Б)

Некои замени на амино киселини доведоа до промени во специфичноста на супстратот на овие протеини и појава на функционална разновидност во семејството.

3. Семејство на имуноглобулини.Во тек имунолошки системОгромна улога играат протеините од суперсемејството на имуноглобулини, кое вклучува три фамилии на протеини:

Антитела (имуноглобулини);

Т-лимфоцитни рецептори;

Протеини од главниот комплекс на хистокомпатибилност - MHC класи 1 и 2 (Главен комплекс на хистокомпатибилност).

Сите овие протеини имаат структура на домен, се состојат од хомологни домени слични на имунолошкиот систем и вршат слични функции: тие комуницираат со туѓи структури, растворени во крвта, лимфата или меѓуклеточната течност (антитела) или лоцирани на површината на клетките (сопствени или странски).

4. Антитела- специфични протеини произведени од Б-лимфоцитите како одговор на влегувањето на туѓа структура во телото, наречени антиген.

Карактеристики на структурата на антителата

Наједноставните молекули на антитела се состојат од четири полипептидни синџири: два идентични лесни - L, кои содржат околу 220 амино киселини и две идентични тешки - H, кои се состојат од 440-700 амино киселини. Сите четири синџири во молекулата на антителото се поврзани со многу не-ковалентни врски и четири дисулфидни врски (сл. 1.30).

Лесните синџири на антитела се состојат од два домени: променлив домен (VL), кој се наоѓа во N-терминалниот регион на полипептидниот синџир и константен домен (CL), кој се наоѓа на C-крајот. Тешките синџири обично имаат четири домени: една променлива (VH), лоцирана на N-крајот, и три константни домени (CH1, CH2, CH3) (види Сл. 1.30). Секој домен на имуноглобулин има надградба на β-лист во која два цистеински остатоци се поврзани со дисулфидна врска.

Помеѓу двата константни домени CH1 и CH2 постои регион кој содржи голем број на пролин остатоци, кои го спречуваат формирањето на секундарна структура и интеракцијата на соседните H-синџири во овој сегмент. Овој регион на шарката му дава флексибилност на молекулата на антителото. Помеѓу променливите домени на тешкиот и лесниот синџир постојат две идентични места за врзување на антигенот (активни места за врзување антигени), затоа таквите антитела често се нарекуваат бивалентни.Не целата аминокиселинска секвенца на променливите региони на двата синџири е вклучена во врзувањето на антигенот со антителото, туку само 20-30 аминокиселини лоцирани во хиперпроменливите региони на секој синџир. Токму овие региони ја одредуваат уникатната способност на секој тип на антитела да комуницира со соодветниот комплементарен антиген.

Антителата се една од одбранбените линии на телото од навлегување на туѓи организми. Нивното функционирање може да се подели во две фази: првата фаза е препознавање и врзување на антигенот на површината на туѓите организми, што е можно поради присуството на места за врзување на антиген во структурата на антителата; втората фаза е започнување на процесот на инактивација и уништување на антигенот. Специфичноста на втората фаза зависи од класата на антитела. Постојат пет класи на тешки синџири, кои се разликуваат една од друга во структурата на константните домени: α, δ, ε, γ и μ, според кои се разликуваат пет класи на имуноглобулини: A, D, E, G и M.

Структурните карактеристики на тешките синџири им даваат на регионите на шарките и на C-терминалните региони на тешките синџири конформативна карактеристика на секоја класа. Откако антигенот се врзува за антитело, конформационите промени во константните домени го одредуваат патот за отстранување на антигенот.

Ориз. 1. 30. Структура на домен на IgG

Имуноглобулини М

Имуноглобулините М имаат две форми.

Мономерна форма- 1-ва класа на антитела произведени со развој на Б-лимфоцити. Последователно, многу Б-клетки се префрлаат на производство на други класи на антитела, но со истото место за врзување на антигенот. IgM е вграден во мембраната и делува како рецептор за препознавање на антиген. Интеграцијата на IgM во клеточната мембрана е можна поради присуството на 25 хидрофобни амино киселински остатоци во опашката на регионот.

Секреторен облик на IgMсодржи пет мономерни подединици поврзани една со друга со дисулфидни врски и дополнителен полипептиден J синџир (сл. 1.31). Тешките синџири на мономери од оваа форма не содржат хидрофобна опашка. Пентамерот има 10 места за врзување на антигенот и затоа е ефикасен во препознавање и отстранување на антигенот кој прв влегува во телото. Секреторната форма на IgM е главната класа на антитела секретирани во крвта за време на примарниот имунолошки одговор. Врзувањето на IgM за антиген ја менува конформацијата на IgM и го индуцира неговото врзување за првата протеинска компонента на системот на комплементот (системот на комплементот е збир на протеини вклучени во уништувањето на антигенот) и активирање на овој систем. Ако антигенот се наоѓа на површината на микроорганизмот, системот на комплемент предизвикува нарушување на интегритетот клеточната мембранаи смрт на бактериската клетка.

Имуноглобулини Г

Квантитативно, оваа класа на имуноглобулини преовладува во крвта (75% од сите ИГ). IgG - мономери, главната класа на антитела секретирани во крвта за време на секундарен имунолошки одговор. По интеракцијата на IgG со површинските антигени на микроорганизмите, комплексот антиген-антитела е во состојба да ги врзува и активира протеините на системот на комплементот или може да комуницира со специфични рецептори на макрофаги и неутрофили. Интеракцијата со фагоцитите води

Ориз. 1.31. Структура на секреторната форма на IgM

до апсорпција на комплекси антиген-антитела и нивно уништување во клеточните фагозоми. IgG е единствената класа на антитела кои можат да навлезат во плацентарната бариера и да обезбедат интраутерина заштита на фетусот од инфекции.

Имуноглобулини А

Главната класа на антитела присутни во секретите (млеко, плунка, секрети на респираторниот тракт и цревниот тракт). IgA се секретира првенствено во димерна форма, каде што мономерите се поврзани еден со друг преку дополнителен J синџир (сл. 1.32).

IgA не е во интеракција со системот на комплементот и фагоцитните клетки, но со врзување за микроорганизмите, антителата го спречуваат нивното прицврстување за епителните клетки и пенетрацијата во телото.

Имуноглобулини Е

Имуноглобулините Е се претставени со мономери во кои тешките ε-синџири содржат, како μ-синџирите на имуноглобулините М, една променлива и четири константни домени. По секрецијата, IgE се врзува со него

Ориз. 1.32. Структура на IgA

Ц-терминални региони со соодветни рецептори на површината на мастоцитите и базофилите. Како резултат на тоа, тие стануваат рецептори за антигени на површината на овие клетки (сл. 1.33).

Ориз. 1.33. Интеракција на IgE со антиген на површината на мастоцитите

Откако антигенот се врзува за соодветните места за врзување на антигенот на IgE, клетките добиваат сигнал за биолошки лачење активни супстанции(хистамин, серотонин), кои во голема мера се одговорни за развојот на воспалителната реакција и за манифестацијата на алергиски реакции како што се астма, уртикарија, поленска треска.

Имуноглобулини Д

Имуноглобулините Д се наоѓаат во многу мали количини во серумот; тие се мономери. Тешките δ синџири имаат една променлива и три константни домени. IgD делуваат како рецептори за Б-лимфоцитите; другите функции сè уште се непознати. Интеракцијата на специфични антигени со рецепторите на површината на Б-лимфоцитите (IgD) доведува до пренос на овие сигнали во клетката и активирање на механизмите кои обезбедуваат пролиферација на даден лимфоцитен клон.

ТЕМА 1.7. ФИЗИЧКИ И ХЕМИСКИ СВОЈСТВА НА ПРОТЕИНИ И МЕТОДИ ЗА НИВНО РАЗДЕЛУВАЊЕ

1. Индивидуалните протеини се разликуваат по физички и хемиски својства:

Облик на молекули;

Молекуларна тежина;

Вкупниот полнеж, чија големина зависи од односот на анјонските и катјонските групи на амино киселини;

Односот на поларните и неполарните аминокиселински радикали на површината на молекулите;

Степени на отпорност на различни денатурирачки агенси.

2. Растворливоста на протеините зависиза својствата на протеините наведени погоре, како и за составот на медиумот во кој се раствора протеинот (рН вредности, состав на сол, температура, присуство на други органски материи кои можат да комуницираат со протеинот). Количината на полнење на протеинските молекули е еден од факторите кои влијаат на нивната растворливост. Кога полнењето во изоелектричната точка ќе се изгуби, протеините полесно се агрегираат и таложат. Ова е особено типично за денатурирани протеини, во кои на површината се појавуваат хидрофобни аминокиселински радикали.

На површината на протеинската молекула има и позитивно и негативно наелектризирани радикали на аминокиселини. Бројот на овие групи, а со тоа и вкупниот полнеж на протеините, зависи од рН на медиумот, т.е. однос на концентрации на H+ - и OH - групи. Во кисела срединаЗголемувањето на концентрацијата на H+ доведува до потиснување на дисоцијацијата на карбоксилните групи -COO - + H+ > - COOH и намалување на негативниот полнеж на протеините. Во алкална средина, врзувањето на вишокот OH - со протони формирани при дисоцијација на амино групи -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O со формирање на вода, доведува до намалување на позитивниот полнеж на протеините . рН вредноста на која протеинот има нето нула полнеж се нарекува изоелектрична точка (IEP).Во IET, бројот на позитивно и негативно наелектризираните групи е ист, т.е. протеинот е во изоелектрична состојба.

3. Одвојување на поединечни протеини.Карактеристиките на структурата и функционирањето на телото зависат од збирот на протеини синтетизирани во него. Проучувањето на структурата и својствата на протеините е невозможно без нивно изолирање од клетката и нивно прочистување од други протеини и органски молекули. Фази на изолација и прочистување на поединечни протеини:

Уништување на клеткитеткивото што се проучува и се добива хомогенат.

Одвојување на хомогенатот на фракциисо центрифугирање, добивајќи нуклеарна, митохондријална, цитосолна или друга фракција која го содржи саканиот протеин.

Селективна термичка денатурација- краткотрајно загревање на протеински раствор, при што може да се отстранат дел од денатурираните протеински нечистотии (ако протеинот е релативно термостабилен).

Солење надвор.Различни протеини се таложат при различни концентрации на сол во растворот. Со постепено зголемување на концентрацијата на сол, можно е да се добијат голем број посебни фракции со доминантна содржина на изолиран протеин во една од нив. Амониум сулфат најчесто се користи за фракционирање на протеини. Протеините со најмала растворливост се таложат при ниски концентрации на сол.

Гел филтрација- метод за просејување на молекули низ отечени Sephadex гранули (тридимензионални полисахаридни синџири на декстран кои имаат пори). Брзината со која протеините минуваат низ колона исполнета со Sephadex ќе зависи од нивната молекуларна тежина: колку е помала масата на протеинските молекули, толку полесно тие продираат во гранулите и остануваат таму подолго; колку е поголема масата, толку побрзо се елуираат од колона.

Ултрацентрифугирање- метод кој вклучува ставање протеини во цевка за центрифуга во роторот на ултрацентрифуга. Кога роторот се ротира, стапката на седиментација на протеините е пропорционална на нивната молекуларна тежина: фракциите на потешките протеини се наоѓаат поблиску до дното на епрувета, полесните - поблиску до површината.

Електрофореза- метод заснован на разлики во брзината на движење на протеините во електрично поле. Оваа вредност е пропорционална на полнењето на протеините. Електрофорезата на протеините се изведува на хартија (во овој случај, брзината на движење на протеините е пропорционална само со нивното полнење) или во гел од полиакриламид со одредена големина на порите (брзината на движење на протеините е пропорционална на нивниот полнеж и молекуларна тежина) .

Хроматографија за размена на јони- метод на фракционирање базиран на врзување на јонизирани групи на протеини со спротивно наелектризирани групи на јонско менувачки смоли (нерастворливи полимерни материјали). Јачината на врзувањето на протеинот со смолата е пропорционална на полнењето на протеинот. Протеините адсорбирани во полимерот за размена на јони може да се измијат со зголемување на концентрациите на растворите на NaCl; колку е помал протеинскиот полнеж, толку е помала концентрацијата на NaCl потребна за да се измие протеинот врзан за јонските групи на смолата.

Афинитетна хроматографија- најспецифичен метод за изолирање на поединечни протеини Лиганд на протеин е ковалентно врзан за инертен полимер. Кога протеинскиот раствор се пренесува низ колона со полимер, само протеинот специфичен за даден лиганд се адсорбира на колоната поради комплементарното врзување на протеинот со лигандот.

Дијализа- метод кој се користи за отстранување на соединенија со мала молекуларна тежина од раствор на изолиран протеин. Методот се заснова на неможноста на протеините да поминат низ полупропустлива мембрана, за разлика од супстанциите со мала молекуларна тежина. Се користи за прочистување на протеините од нискомолекуларни нечистотии, на пример, соли по солење.

ЗАДАЧИ ЗА ВОННАСТАВНА РАБОТА

1. Пополнете ја табелата. 1.4.

Табела 1.4. Компаративна анализаструктура и функции на сродни протеини - миоглобин и хемоглобин

а) запомнете ја структурата на активниот центар на Mb и Hb. Каква улога играат хидрофобните аминокиселински радикали во формирањето на активните центри на овие протеини? Опишете ја структурата на активниот центар на Mb и Hb и механизмите на прицврстување на лигандите кон него. Каква улога играат остатоците His F 8 и His E 7 во функционирањето на активниот центар на Mv iHv?

б) какви нови својства во споредба со мономерниот миоглобин има тесно поврзаниот олигомерен протеин, хемоглобинот? Објаснете ја улогата на кооперативните промени во конформацијата на протомерите во молекулата на хемоглобинот, ефектот на концентрациите на CO 2 и протонот врз афинитетот на хемоглобинот за кислород, како и улогата на 2,3-BPG во алостеричната регулација на функцијата на Hb .

2. Карактеризирајте ги молекуларните чаперони, обрнувајќи внимание на односот помеѓу нивната структура и функција.

3. Кои протеини се групирани во семејства? Користејќи го примерот на семејството на имуноглобулини, идентификувајте слични структурни карактеристики и сродни функции на протеините од оваа фамилија.

4. Често се потребни прочистени индивидуални протеини за биохемиски и медицински цели. Објаснете кој физички и хемиски својствапротеините се базираат на методите што се користат за нивно одвојување и прочистување.

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛА

1. Изберете ги точните одговори.

Функции на хемоглобинот:

А. Транспорт на О 2 од белите дробови до ткивото Б. Транспорт на H + од ткивата до белите дробови

Б. Одржување константна pH на крвта D. Транспорт на CO 2 од белите дробови до ткивата

Д. Транспорт на CO 2 од ткивата до белите дробови

2. Изберете ги точните одговори. Лигандα - протомер Hb е:А. Хеме

Б. Кислород

B. CO G. 2,3-BPG

D. β-протомер

3. Изберете ги точните одговори.

Хемоглобин за разлика од миоглобинот:

A. Има кватернарна структура

B. Секундарната структура е претставена само со α-спирали

Б. Припаѓа на комплексни протеини

D. Станува во интеракција со алостеричен лиганд D. Ковалентно врзан за хем

4. Изберете ги точните одговори.

Афинитетот на Hb за O2 се намалува:

A. Кога се додава една молекула O 2 B. Кога се отстранува една молекула O 2

B. При интеракција со 2,3-BPG

D. Кога е прикачен на протомери H + D. Кога концентрацијата на 2,3-BPG се намалува

5. Натпревар.

Видовите HB се карактеризираат со:

А. Во деокси форма формира фибриларни агрегати Б. Содржи два α- и два δ-синџири

B. Доминантна форма на Hb кај возрасни еритроцити D. Содржи хем со Fe + 3 во активниот центар

D. Содржи два α- и два γ-синџири 1. HbA 2.

6. Натпревар.

Hb лиганди:

A. Се врзува за Hb во алостеричниот центар

Б. Има многу висок афинитет за активното место на Hb

Б. Со спојување, го зголемува афинитетот на Hb за O 2 G. Оксидира Fe+ 2 до Fe+ 3

D. Форми ковалентна врскасо gisF8

7. Изберете ги точните одговори.

Шеперони:

A. Протеини присутни во сите делови на клетката

Б. Синтезата се зголемува под стрес

Б. Учествуваат во хидролиза на денатурирани протеини

D. Учествувајте во одржувањето на природната конформација на протеините

D. Тие создаваат органели во кои се формира конформацијата на протеините.

8. Натпревар. Имуноглобулини:

A. Секреторната форма е пентамерна.

Б. Класа Ig која продира во плацентарната бариера

B. Ig - рецептор на мастоцитите

D. Главната класа на Ig присутна во секретите на епителните клетки. D. Б-лимфоцитен рецептор, чие активирање обезбедува клеточна пролиферација

9. Изберете ги точните одговори.

Имуноглобулини Е:

A. Произведени од макрофаги B. Тие имаат тешки ε синџири.

B. Вграден во мембраната на Т-лимфоцитите

D. Дејствуваат како мембрански антигенски рецептори на мастоцитите и базофилите

D. Одговорен за алергиски реакции

10. Изберете ги точните одговори.

Методот за одвојување на протеините се заснова на разликите во нивната молекуларна тежина:

A. Гел филтрација

Б. Ултрацентрифугација

Б. Електрофореза со полиакриламид гел Д. Хроматографија за размена на јони

Д. Афинитетна хроматографија

11. Одбери го точниот одговор.

Методот за одвојување на протеините се заснова на разликите во нивната растворливост во вода:

А. Гел филтрација Б. Солење надвор

Б. Јонска размена на хроматографија Г. Афинитетна хроматографија

D. Електрофореза во полиакриламид гел

СТАНДАРДИ НА ОДГОВОРИ НА „ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛА“

1. А, Б, Ц, Д

2. А, Б, Ц, Д

5. 1-Б, 2-А, 3-Г

6. 1-Б, 2-Б, 3-А

7. А, Б, Д, Д

8. 1-G; 2-Б, 3-Б

ОСНОВНИ ПОИМИ И ПОИМИ

1. Олигомерни протеини, протомер, кватернарна структура на протеините

2. Кооперативни промени во конформацијата на протомерот

3. Боров ефект

4. Алостерична регулација на протеинските функции, алостеричен центар и алостеричен ефектор

5. Молекуларни шаперони, протеини од топлински шок

6. Фамилии на протеини (серин протеази, имуноглобулини)

7. Однос IgM-, G-, E-, A-структура-функција

8. Вкупен полнеж на протеини, изоелектрична точка на протеини

9. Електрофореза

10. Солење надвор

11. Гел филтрација

12. Јонска размена на хроматографија

13. Ултрацентрифугирање

14. Афинитетна хроматографија

15. Електрофореза на протеините во крвната плазма

ЗАДАЧИ ЗА РАБОТА ВО УЧИЛНИЦА

1. Споредете ги зависностите на степените на заситеност на хемоглобинот (Hb) и миоглобинот (Mb) со кислород од неговиот парцијален притисок во ткивата

Ориз. 1.34. Зависност од сатурација Mv иNHкислород од неговиот парцијален притисок

Ве молиме имајте предвид дека обликот на кривите за заситеност со протеински кислород е различен: за миоглобинот - хипербола, за хемоглобинот - сигмоиден облик.

1. споредете ги вредностите на парцијалниот притисок на кислородот при кој Mb и Hb се заситени со O 2 за 50%. Кој од овие протеини има поголем афинитет за O 2?

2. Кои структурни карактеристики на Mb го одредуваат неговиот висок афинитет за O 2?

3. Кои структурни карактеристики на HB му дозволуваат да ослободува О2 во капиларите на ткивата во мирување (при релативно висок парцијален притисок на О2) и нагло да го зголеми ова ослободување во работните мускули? Кое својство на олигомерните протеини го обезбедува овој ефект?

4. Пресметајте колкаво количество на O 2 (во%) оксигениран хемоглобин им дава на мускулите кои се одмораат и работат?

5. донесува заклучоци за односот помеѓу структурата на протеинот и неговата функција.

2. Количината на кислород што се ослободува од хемоглобинот во капиларите зависи од интензитетот на катаболичките процеси во ткивата (Боров ефект). Како промените во ткивниот метаболизам го регулираат афинитетот на Hb за O2? Ефект на CO 2 и H + врз афинитетот на Hb за O 2

1. опишете го Боров ефект.

2. во која насока се одвива процесот прикажан на дијаграмот:

а) во капиларите на белите дробови;

б) во ткивните капилари?

3. Кое е физиолошкото значење на Боровиот ефект?

4. Зошто интеракцијата на Hb со H+ на места оддалечени од хем го менува афинитетот на протеинот за O 2?

3. Афинитетот на Hb за O2 зависи од концентрацијата на неговиот лиганд - 2,3-бисфосфоглицерат, кој е алостеричен регулатор на афинитетот на Hb за O2. Зошто интеракцијата на лигандот на место оддалечено од активното место влијае на функцијата на протеините? Како 2,3-BPG го регулира афинитетот на Hb за O2? За да го решите проблемот, одговорете на следниве прашања:

1. каде и од што се синтетизира 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-BPG)? Напишете ја неговата формула, означете го полнењето на оваа молекула.

2. Со која форма на хемоглобин (окси или деокси) делува БПГ и зошто? Во кој дел од молекулата на Hb се јавува интеракцијата?

3. во која насока се случува процесот прикажан на дијаграмот?

а) во ткивните капилари;

б) во капиларите на белите дробови?

4. каде концентрацијата на комплексот треба да биде поголема

Nv-2,3-BFG:

а) во капиларите на мускулите во мирување,

б) во капиларите на работните мускули (обезбедена е иста концентрација на БПГ во еритроцитите)?

5. Како ќе се промени афинитетот на HB за кислород кога човекот се прилагодува на условите на голема надморска височина, доколку се зголеми концентрацијата на BPG во еритроцитите? Кое е физиолошкото значење на овој феномен?

4. Уништувањето на 2,3-BPG при складирање на зачувана крв ги нарушува функциите на HB. Како ќе се промени афинитетот на HB за O 2 во зачуваната крв ако концентрацијата на 2,3-BPG во еритроцитите може да се намали од 8 на 0,5 mmol/l. Дали е можно да се трансфузира таква крв на сериозно болни пациенти ако концентрацијата на 2,3-BPG се врати не порано од три дена? Дали е можно да се обноват функциите на црвените крвни зрнца со додавање на 2,3-BPG во крвта?

5. Запомнете ја структурата на наједноставните имуноглобулински молекули. Каква улога играат имуноглобулините во имунолошкиот систем? Зошто Igs често се нарекуваат двовалентни? Како структурата на Igs е поврзана со нивната функција? (Опишете користејќи пример на класа на имуноглобулини.)

Физичко-хемиски својства на протеините и методи на нивно одвојување.

6. Како нето полнежот на протеинот влијае на неговата растворливост?

а) определи го вкупниот полнеж на пептидот на pH 7

Ала-Глу-Тре-Про-Асп-Лиз-Цис

б) како ќе се промени полнењето на овој пептид при pH >7, pH<7, рН <<7?

в) која е изоелектричната точка на протеинот (IEP) и во која средина лежи?

IET на овој пептид?

г) при која pH вредност ќе биде забележана најмала растворливост на овој пептид.

7. Зошто киселото млеко, за разлика од свежото млеко, „замрсува“ кога се вари (т.е. млечниот протеин казеин таложи)? Во свежото млеко, молекулите на казеин имаат негативен полнеж.

8. Гел-филтрација се користи за одвојување на поединечни протеини. Мешавина која содржи протеини A, B, C со молекуларна тежина еднаква на 160.000, 80.000 и 60.000, соодветно, беше анализирана со гел-филтрација (сл. 1.35). Надојдените гел гранули се пропустливи за протеини со молекуларна тежина помала од 70.000. Кој принцип лежи во основата на овој метод на сепарација? Кој графикон правилно ги одразува резултатите од фракционирањето? Наведете го редоследот по кој протеините A, B и C се ослободуваат од колоната.

Ориз. 1.35. Користење на филтрација со гел за одвојување на протеини

9. На сл. 1.36, А покажува дијаграм на електрофореза на хартија на протеини од крвниот серум на здрава личност. Релативните количини на протеински фракции добиени со овој метод се: албумини 54-58%, α1-глобулини 6-7%, α2-глобулини 8-9%, β-глобулини 13%, γ-глобулини 11-12%.

Ориз. 1.36 Електрофореза на хартија на протеини од крвната плазма на здрава личност (А) и пациент (Б)

I - γ-глобулини; II - β-глобулини; III -α 2 -глобулин; IV -α 2 -глобулин; V - албумини

Многу болести се придружени со квантитативни промени во составот на серумските протеини (диспротеинемија). Природата на овие промени се зема предвид при поставување на дијагноза и проценка на тежината и фазата на болеста.

Користејќи ги податоците дадени во табелата. 1.5, направете погодување за болеста, која се карактеризира со електрофоретскиот профил претставен на сл. 1.36.

Табела 1.5. Промени во концентрацијата на серумските протеини во патологијата