Структура одного белка определяется группой. Белки: первичная структура белков, схема образования трипептида. Методы определения С-концевых аминокислот
Одной из особенностей белков является их сложная структурная организация. Все белки обладают первичной, вторичной и третичной структурой, а те, которые в своем составе имеют две и больше ППЦ обладают и четвертичной структурой (ЧС).
Первичная структура белка (ПСБ) – это порядок чередования (последовательность) аминокислотных остатков в ППЦ .
Даже одинаковые по своей длине и аминокислотному составу белки могут быть разными веществами. Например, из двух аминокислот можно составить 2 разных дипептида:
При числе аминокислот, равном 20, число возможных комбинаций равно 210 18 . А если учесть, что в ППЦ каждая аминокислота может встретиться больше 1 раза, то число возможных вариантов трудно поддается подсчету.
Определение первичной структуры белка (псб).
ПСБ
белков можно определить с помощью
фенилтиогидантоинового
метода
.
Этот метод основан на реакции взаимодействия
фенилизотиоцианата
(ФИТЦ) с
α-АК. В результате образуется комплекс
этих двух соединений – ФИТЦ
-АК
.
Например, рассмотрим пептид
с
целью определения его ПСБ, то есть
последовательности соединения
аминокислотных остатков.
ФИТЦ
взаимодействует с концевой аминокислотой
(а). Образуется комплекс ФТГ-а
,
его отделяют от смеси и определяют
подлинность аминокислоты а
.
Например, это – асн
и т.д. Последовательно отделяют и
идентифицируют все остальные аминокислоты.
Это трудоемкий процесс. Определение
ПСБ белка среднего размера занимает
несколько месяцев.
Приоритет в расшифровке ПСБ принадлежит Сенджеру (1953), который открыл ПСБ инсулина (Лауреат Нобелевской премии). Молекула инсулина состоит из 2х ППЦ – A и B.
А-цепь состоит из 21 аминокислоты, цепь В – из 30. Между собой ППЦ соединяются дисульфидными мостиками. Число белков, ПСБ которых определена, к настоящему времени достигает 1500. Даже небольшие изменения первичной структуры могут существенно изменить свойства белка. В эритроцитах здоровых людей содержится HbA – при замене в -цепи HbA, в 6-м положении глу на вал возникает тяжелейшее заболевание серповидно-клеточная анемия , при которой дети, родившиеся с этой аномалией, погибают в раннем возрасте. С другой стороны, возможны варианты изменения ПСБ, которые не сказываются на его физико-химических и биологических свойствах. Например , HbC содержит в 6-м положении b-цепи вместо глу – лиз, HbС почти не отличается по своим свойствам от HbA, а люди, имеющие в эритроцитах такой Hb, практически здоровы.
Стабильность ПСБ обеспечивается в основном прочными ковалентными пептидными связями и, во вторую очередь, дисульфидными связями.
Вторичная структура белка (всб).
ППЦ белков обладают большой гибкостью и приобретают определенную пространственную структуру или конформацию . В белках различают 2 уровня такой конформации – это ВСБ и третичная структура (ТСБ).
ВСБ – это конфигурация ППЦ, то есть способ ее укладки или скручивания в какую-нибудь конформацию, в соответствии с программой, заложенной в П СБ.
Известны три основных типа ВСБ :
1) -спираль ;
2) b -структура (складчатый слой или складчатый листок);
3) беспорядочный клубок.
-спираль .
Ее модель предложена В. Полингом. Она наиболее вероятна для глобулярных белков. Для любой системы наиболее устойчивым является состояние, соответствующее минимуму свободной энергии. Для пептидов такое состояние имеет место, когда CO– и NH– группы соединяются между собой слабой водородной связью. В a -спирали NH– группы 1-го аминокислотного остатка взаимодействует с CO–группой 4-ой по счету аминокислотой. В результате пептидный остов образует спираль, на каждый виток которой приходится 3,6 АК-остатка.
1 шаг спирали (1 виток) = 3,6 АК = 0,54 нм, угол
подъема –
26°
Закручивание ППЦ происходит по часовой стрелке, то есть у спирали – правый ход. Через каждые 5 витков (18 АК; 2,7 нм) конфигурация ППЦ повторяется.
Стабилизируется ВСБ в первую очередь водородными связями, и во вторую – пептидными и дисульфидными. Водородные связи в 10-100 раз слабее обычных химических связей; однако за счет их большого количества они обеспечивают определенную жесткость и компактность ВСБ. Боковые R-цепи a-спирали обращены к наружи и расположены по разные стороны от ее оси.
b -структура .
Это складчатые участки ППЦ, по форме напоминающие листок, сложенный в гармошку. Слои ППЦ могут быть параллельными, если обе цепи начинаются с N– или С–конца.
Если смежные цепи в слое ориентированы противоположными концами N–С и С–N, то они называются антипараллельными .
паралельные
антипараллельные
Образование водородных связей происходит, как и в a-спирали, между CO– и NH– группами.
1. Структура одного белка определяется:
1)группой генов 2)одним геном
3)одной молекулой ДНК 4)совокупностью генов организма
2. Ген кодирует информацию о последовательности мономеров в молекуле:
1)т-РНК 2) АК 3) гликогена 4) ДНК
3. Антикодонами называются триплеты:
1)ДНК 2) т-РНК 3)и-РНК 4) р-РНК
4. Пластический обмен состоит преимущественно из реакций:
1)распада органических веществ 2)распада неорганических веществ
3)синтеза органических веществ 4)синтеза неорганических веществ
5. Синтез белка в прокариотической клетке происходит:
1)на рибосомах в ядре 2)на рибосомах в цитоплазме 3)в клеточной стенке
6. Процесс трансляции происходит:
1)в цитоплазме 2)в ядре 3)в митохондриях
4)на мембранах шероховатой эндоплазматической сети
7. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети происходит синтез:
1)АТФ; 2)углеводов; 3) липидов; 4)белков.
8. Один триплет кодирует:
1.одну АК 2 один признак организма 3. несколько АК
13. Этапы биосинтеза белка.
1.транскрипция, трансляция 2.трансформация, трансляция
3.трансорганизация, транскрипция
14. Антикодон т-РНК состоит из нуклеотидов УЦГ. Какой триплет ДНК ему комплементарен?
1.УУГ 2. ТТЦ 3. ТЦГ
2) молекула, состоящая из двух новых цепей ДНК
4) дочерняя молекула, состоящая из одной старой и одной новой цепи ДНК
18. Матрицей для синтеза молекулы иРНК при транскрипции служит:
1) вся молекула ДНК 2) полностью одна из цепей молекулы ДНК
4) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся молекула ДНК.
19.Процесс самоудвоения молекулы ДНК.
1.репликация 2.репарация
3. реанкорнация
20. При биосинтезе белка в клетке энергия АТФ:
1) расходуется 2) запасается
21. В соматических клетках многоклеточного организма:
1) различный набор генов и белков 2) одинаковый набор генов и белков
3) одинаковый набор генов, но разный набор белков
23. Какой из процессов не происходит в клетках любого строения и функции:
1)синтез белков 2) обмен веществ 3)митоз 4) мейоз
24. Понятие «транскрипция» относится к процессу:
1)удвоения ДНК 2)синтеза и-РНК на ДНК
3)перехода и-РНК на рибосомы 4)создания белковых молекул на полисоме
25. Участок молекулы ДНК, несущий информацию об одной молекуле белка - это:
1)ген 2)фенотип 3)геном 4)генотип
26. Транскрипция у эукариот происходит в:
1)цитоплазме 2)эндоплазматической мембране 3)лизосомах 4)ядре
27.Синтез белка происходит в:
1)гранулярном эндоплазматическом ретикулуме
2)гладком эндоплазматическом ретикулуме 3)ядре 4) лизосомах
28. Одна аминокислота кодируется:
1)четырьмя нуклеотидами 2)двумя нуклеотидами
29. Триплету нуклеотидов АТЦ в молекуле ДНК будет соответствовать кодон молекулы и-РНК:
1) ТАГ 2) УАГ 3) УТЦ 4) ЦАУ
30. Знаки препинания генетического кода:
1.кодируют определённые белки 2. запускают синтез белка
3. прекращают синтез белка
31. Процесс самоудвоения молекулы ДНК.
1.репликация 2.репарация 3.реанкорнация
32. Функция и-РНК в процессе биосинтеза.
1.хранение наследственной информации 2.транспорт АК на рибосомы
33. Процесс, когда т-РНК приносят аминокислоты на рибосомы.
1.транскрипция 2.трансляция 3.трансформация
34. Рибосомы, синтезирующие одну и ту же белковую молекулу.
1.хромосома 2.полисома 3.мегахромосома
35. Процесс, при котором аминокислоты образуют белковую молекулу.
1.транскрипция 2.трансляция 3.трансформация
36. К реакциям матричного синтеза относят…
1.репликацию ДНК 2.транскрипцию, трансляцию 3.оба ответа правильные
37.Один триплет ДНК несет информацию о:
1.Последовательности аминокислот в молекуле белка
2.Месте определенной АК в белковой цепи
3.Признаке конкретного организма
4.Аминокислоте, включаемой в белковую цепь
38. В гене закодирована информация о:
1) строении белков, жиров и углеводов 2) первичной структуре белка
3) последовательности нуклеотидов в ДНК
4) последовательности аминокислот в 2-х и более молекулах белков
39. Синтез иРНК начинается с:
1) разъединения ДНК на две нити 2) взаимодействия фермента РНК - полимеразы и гена
40. Транскрипция происходит:
1) в ядре 2) на рибосомах 3) в цитоплазме 4) на каналах гладкой ЭПС
41. Синтез белка не идет на рибосомах у:
1) возбудителя туберкулеза 2) пчелы 3) мухомора 4) бактериофага
42.При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка служат:
1) обе цепочки ДНК 2) одна из цепей молекулы ДНК
3) молекула иРНК 4) в одних случаях одна из цепей ДНК , в других– молекула иРНК
Белок - это последовательность аминокислот , связанных друг с другом пептидными связями .
Легко представить, что количество аминокислот может быть различно: от минимум двух до любых разумных величин. Биохимики условились считать, что если количество аминокислот не превышает 10, то такое соединение называется пептид ; если от 10 и более аминокислот - полипептид . Полипептиды, способные самопроизвольно формировать и удерживать определенную пространственную структуру, которая называется конформацией, относят к белкам. Стабилизация такой структуры возможна лишь при достижении полипептидами определенной длины (более 40 аминокислот), поэтому белками обычно считают полипептиды молекулярной массой более 5 000 Да. (1Да равен 1/12 изотопа углерода). Только имея определенное пространственное строение (нативную структуру), белок может выполнять свои функции.
Размер белка может измеряться в дальтонах (молекулярная масса), чаще из-за относительно большой величины молекулы в производных единицах — килодальтонах (кДа). Белки дрожжей, в среднем, состоят из 466 аминокислот и имеют молекулярную массу 53 кДа. Самый большой из известных в настоящее время белков — титин — является компонентом саркомеров мускулов; молекулярная масса его различных изоформ варьирует в интервале от 3000 до 3700 кДа, он состоит из 38 138 аминокислот (в человеческой мышце solius).
Структура белка
Трехмерная структура белка формируется в процессе фолдинга (от англ. folding - «сворачивание»). Трехмерная структура формируется в результате взаимодействия структур более низких уровней.
Выделяют четыре уровня структуры белка:
Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи .
Вторичная структура — это размещение в пространстве отдельных участков полипептидной цепи.
Ниже приведены самые распространенные типы вторичной структуры белков:
α-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3,6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0,54 нм (на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм), спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 аминокислотных остатка. Спираль построена исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). Хотя она может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина. Расположенные близко друг к другу остатки аспарагина, серина , треонина и лейцина могут стерически мешать образованию спирали, остатки пролина вызывает изгиб цепи и также нарушают структуру α-спирали .
β-складчатые слои — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удаленными друг от друга (0,347 нм на аминокислотный остаток) в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α-спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β-складчатых слоев важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, обычно преобладают глицин и аланин.
Укладка белка в виде β-складчатого слоя
Неупорядоченные структуры - это неупорядоченное расположение белковой цепи в пространстве.
Пространственная структура каждого белка индивидуальна и определяется его первичной структурой. Однако сравнение конформаций разных по структуре и функциям белков выявило наличие у них похожих сочетаний элементов вторичной структуры. Такой специфический порядок формирования вторичных структур называют супервторичной структурой белков. Супервторичная структура формируется за счёт межрадикальных взаимодействий.
Определённые характерные сочетания α-спиралей и β-структур часто обозначают как "структурные мотивы". Они имеют специфические названия: "α-спираль-поворот-α-спираль", "структура α/β-бочонка", "лейциновая застёжка-молния", "цинковый палец" и др.
Третичная структура - это способ размещения в пространстве всей полипептидной цепи. Наряду с α-спиралями, β-складчатыми слоями и супервторичными структурами в третичной структуре обнаруживается неупорядоченная конформация, которая может занимать значительную часть молекулы.
Схематичное представление укладки белка в третичную структуру.
Четвертичная структура возникает у белков, которые состоят из нескольких полипептидных цепей (субъединиц, протомеров или мономеров), при объединении третичных структур этих субъдиниц. Например, молекула гемоглобина состоит из 4 субъединиц. Четвертичную структуру имеют надмолекулярные образования - мультиферментные комплексы, которые состоят из нескольких молекул ферментов и коферментов (пируватдегидрогеназа), и изоферменты (лактатдегидрогеназа - ЛДГ , креатинфосфокиназа - КФК).
Итак . Пространственная структура зависит не от длины полипептидной цепи, а от последовательности аминокислотных остатков, специфичной для каждого белка, а также от боковых радикалов, свойственных соответствующим аминокислотам. Пространственную трехмерную структуру или конформацию белковых макромолекул образуют в первую очередь водородные связи, гидрофобные взаимодействия между неполярными боковыми радикалами аминокислот, ионные взаимодействия между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков. Водородные связи играют огромную роль в формировании и поддержании пространственной структуры белковой макромолекулы.
Что касается гидрофобных взаимодействий, то они возникают в результате контакта между неполярными радикалами, неспособными разорвать водородные связи между молекулами воды, которая вытесняется на поверхность белковой глобулы. По мере синтеза белка неполярные химические группировки собираются внутри глобулы, а полярные вытесняются на ее поверхность. Таким образом, белковая молекула может быть нейтральной, заряженной положительно или же отрицательно в зависимости от рН растворителя и ионогенных групп в белке. Кроме того, конформация белков поддерживается ковалентными связями S—S, образующимися между двумя остатками цистеина. В результате образования нативной структуры белка многие атомы, находящиеся на удаленных участках полипептидной цепи, сближаются и, воздействуя друг на друга, приобретают новые свойства, отсутствующие у индивидуальных аминокислот или небольших полипептидов.
Важно понимать, что фолдинг — сворачивание белков (и других биомакромолекул) из развёрнутой конформации в «нативную» форму — физико-химический процесс, в результате которого белки в своей естественной «среде обитания» (растворе, цитоплазме или мембране) приобретают характерные только для них пространственную укладку и функции.
В клетках имеется ряд каталитически неактивных белков, которые тем не менее вносят большой вклад в образование пространственных структур белков. Это так называемые шапероны. Шапероны помогают правильной сборке трехмерной белковой конформации путем образования обратимых нековалентных комплексов с частично свернутой полипептидной цепью, одновременно ингибируя неправильно образованные связи, ведущие к формированию функционально неактивных белковых структур. В перечень функций, свойственных шаперонам, входит защита расплавленных (частично свернутых) глобул от агрегации, а также перенос новосинтезированных белков в различные локусы клеток.
Шапероны преимущественно являются белками теплового шока, синтез которых резко усиливается при стрессовом температурном воздействии, поэтому их называют еще hsp (heat shock proteins). Семейства этих белков найдены в микробных, растительных и животных клетках. Классификация шаперонов основана на их молекулярной массе, которая варьирует от 10 до 90 kDa. Они являются белками-помощниками процессов образования трехмерной структуры белков. Шапероны удерживают новосинтезированную полипептидную цепь в развернутом состоянии, не давая ей свернуться в отличную от нативной форму, и обеспечивают условия для единственно правильной, нативной структуры белка.
В процессе фолдинга белка некоторые конформации молекулы забраковываются на стадии расплавленной глобулы. Деградацию таких молекул инициирует белок убиквитин.
Деградация белка по убиквитиновому пути включает две основные стадии:
1) ковалентное присоединение убиквитина к подлежащему деградации белку через остаток лизина, наличие такой метки в белке является первичным сигналом сортировки, направляющей образовавшиеся конъюгаты к протеасомам, в большинстве случаев к белку присоединяется несколько молекул убиквитина, которые организованы в виде бусинок на нитке.;
2) гидролиз белка протеосомой (основная функция протеасомы - протеолитическая деградация ненужных и повреждённых белков до коротких пептидов). Убиквитин заслуженно называют «меткой смерти» для белка.
Доме?н белка? - элемент третичной структуры белка, представляющий собой достаточно стабильную и независимую подструктуру белка, чей фолдинг проходит независимо от остальных частей. В состав домена обычно входит несколько элементов вторичной структуры. Сходные по структуре домены встречаются не только в родственных белках (например, в гемоглобинах разных животных), но и в совершенно разных белках. Белок может иметь несколько доменов, эти участки могут выполнять разные функции в одном и том же белке. Доменную структуру имеют некоторые ферменты и все иммуноглобулины. Белки с длинными полипептидными цепями (более 200 аминокислотных остатков) часто создают доменные структуры.
Белки — высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков α-аминокислот.
В состав белков входят углерод, водород, азот, кислород, сера. Часть белков образует комплексы с другими молекулами, содержащими фосфор, железо, цинк и медь.
Белки обладают большой молекулярной массой: яичный альбумин — 36 000, гемоглобин — 152 000, миозин — 500 000. Для сравнения: молекулярная масса спирта — 46, уксусной кислоты — 60, бензола — 78.
Аминокислотный состав белков
Белки — непериодические полимеры, мономерами которых являются α-аминокислоты . Обычно в качестве мономеров белков называют 20 видов α-аминокислот, хотя в клетках и тканях их обнаружено свыше 170.
В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме человека и других животных, различают: заменимые аминокислоты — могут синтезироваться; незаменимые аминокислоты — не могут синтезироваться. Незаменимые аминокислоты должны поступать в организм вместе с пищей. Растения синтезируют все виды аминокислот.
В зависимости от аминокислотного состава, белки бывают: полноценными — содержат весь набор аминокислот; неполноценными — какие-то аминокислоты в их составе отсутствуют. Если белки состоят только из аминокислот, их называют простыми . Если белки содержат помимо аминокислот еще и неаминокислотный компонент (простетическую группу), их называют сложными . Простетическая группа может быть представлена металлами (металлопротеины), углеводами (гликопротеины), липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины).
Все аминокислоты содержат : 1) карбоксильную группу (-СООН), 2) аминогруппу (-NH 2), 3) радикал или R-группу (остальная часть молекулы). Строение радикала у разных видов аминокислот — различное. В зависимости от количества аминогрупп и карбоксильных групп, входящих в состав аминокислот, различают: нейтральные аминокислоты , имеющие одну карбоксильную группу и одну аминогруппу; основные аминокислоты , имеющие более одной аминогруппы; кислые аминокислоты , имеющие более одной карбоксильной группы.
Аминокислоты являются амфотерными соединениями , так как в растворе они могут выступать как в роли кислот, так и оснований. В водных растворах аминокислоты существуют в разных ионных формах.
Пептидная связь
Пептиды — органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.
Образование пептидов происходит в результате реакции конденсации аминокислот. При взаимодействии аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой между ними возникает ковалентная азот-углеродная связь, которую и называют пептидной . В зависимости от количества аминокислотных остатков, входящих в состав пептида, различают дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т.д. Образование пептидной связи может повторяться многократно. Это приводит к образованию полипептидов . На одном конце пептида находится свободная аминогруппа (его называют N-концом), а на другом — свободная карбоксильная группа (его называют С-концом).
Пространственная организация белковых молекул
Выполнение белками определенных специфических функций зависит от пространственной конфигурации их молекул, кроме того, клетке энергетически невыгодно держать белки в развернутой форме, в виде цепочки, поэтому полипептидные цепи подвергаются укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию. Выделяют 4 уровня пространственной организации белков .
Первичная структура белка — последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи, составляющей молекулу белка. Связь между аминокислотами — пептидная.
Если молекула белка состоит всего из 10 аминокислотных остатков, то число теоретически возможных вариантов белковых молекул, отличающихся порядком чередования аминокислот, — 10 20 . Имея 20 аминокислот, можно составить из них еще большее количество разнообразных комбинаций. В организме человека обнаружено порядка десяти тысяч различных белков, которые отличаются как друг от друга, так и от белков других организмов.
Именно первичная структура белковой молекулы определяет свойства молекул белка и ее пространственную конфигурацию. Замена всего лишь одной аминокислоты на другую в полипептидной цепочке приводит к изменению свойств и функций белка. Например, замена в β-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию — транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание — серповидноклеточная анемия.
Вторичная структура — упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (имеет вид растянутой пружины). Витки спирали укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами. Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей. Они слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость и жесткость. На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).
Третичная структура — укладка полипептидных цепей в глобулы, возникающая в результате возникновения химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между радикалами аминокислотных остатков. Основную роль в образовании третичной структуры играют гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. В водных растворах гидрофобные радикалы стремятся спрятаться от воды, группируясь внутри глобулы, в то время как гидрофильные радикалы в результате гидратации (взаимодействия с диполями воды) стремятся оказаться на поверхности молекулы. У некоторых белков третичная структура стабилизируется дисульфидными ковалентными связями, возникающими между атомами серы двух остатков цистеина. На уровне третичной структуры существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.
Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами. Субъединицы удерживаются в молекуле благодаря ионным, гидрофобным и электростатическим взаимодействиям. Иногда при образовании четвертичной структуры между субъединицами возникают дисульфидные связи. Наиболее изученным белком, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин . Он образован двумя α-субъединицами (141 аминокислотный остаток) и двумя β-субъединицами (146 аминокислотных остатков). С каждой субъединицей связана молекула гема, содержащая железо.
Если по каким-либо причинам пространственная конформация белков отклоняется от нормальной, белок не может выполнять свои функции. Например, причиной «коровьего бешенства» (губкообразной энцефалопатии) является аномальная конформация прионов — поверхностных белков нервных клеток.
Свойства белков
Аминокислотный состав, структура белковой молекулы определяют его свойства . Белки сочетают в себе основные и кислотные свойства, определяемые радикалами аминокислот: чем больше кислых аминокислот в белке, тем ярче выражены его кислотные свойства. Способность отдавать и присоединять Н + определяют буферные свойства белков ; один из самых мощных буферов — гемоглобин в эритроцитах, поддерживающий рН крови на постоянном уровне. Есть белки растворимые (фибриноген), есть нерастворимые, выполняющие механические функции (фиброин, кератин, коллаген). Есть белки активные в химическом отношении (ферменты), есть химически неактивные, устойчивые к воздействию различных условий внешней среды и крайне неустойчивые.
Внешние факторы (нагревание, ультрафиолетовое излучение, тяжелые металлы и их соли, изменения рН, радиация, обезвоживание)
могут вызывать нарушение структурной организации молекулы белка. Процесс утраты трехмерной конформации, присущей данной молекуле белка, называют денатурацией . Причиной денатурации является разрыв связей, стабилизирующих определенную структуру белка. Первоначально рвутся наиболее слабые связи, а при ужесточении условий и более сильные. Поэтому сначала утрачивается четвертичная, затем третичная и вторичная структуры. Изменение пространственной конфигурации приводит к изменению свойств белка и, как следствие, делает невозможным выполнение белком свойственных ему биологических функций. Если денатурация не сопровождается разрушением первичной структуры, то она может быть обратимой , в этом случае происходит самовосстановление свойственной белку конформации. Такой денатурации подвергаются, например, рецепторные белки мембраны. Процесс восстановления структуры белка после денатурации называется ренатурацией . Если восстановление пространственной конфигурации белка невозможно, то денатурация называется необратимой .
Функции белков
| Функция | Примеры и пояснения |
|---|---|
| Строительная | Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран (липопротеины, гликопротеины), волос (кератин), сухожилий (коллаген) и т.д. |
| Транспортная | Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ; в состав клеточных мембран входят особые белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки во внешнюю среду и обратно. |
| Регуляторная | Гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ. Например, гормон инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, способствует синтезу гликогена, увеличивает образование жиров из углеводов. |
| Защитная | В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать их. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений. |
| Двигательная | Сократительные белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц у многоклеточных животных. |
| Сигнальная | В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды, таким образом осуществляя прием сигналов из внешней среды и передачу команд в клетку. |
| Запасающая | В организме животных белки, как правило, не запасаются, исключение: альбумин яиц, казеин молока. Но благодаря белкам в организме могут откладываться про запас некоторые вещества, например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется, образуя комплекс с белком ферритином. |
| Энергетическая | При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Сначала белки распадаются до аминокислот, а затем до конечных продуктов — воды, углекислого газа и аммиака. Однако в качестве источника энергии белки используются только тогда, когда другие источники (углеводы и жиры) израсходованы. |
| Каталитическая | Одна из важнейших функций белков. Обеспечивается белками — ферментами, которые ускоряют биохимические реакции, происходящие в клетках. Например, рибулезобифосфаткарбоксилаза катализирует фиксацию СО 2 при фотосинтезе. |
Ферменты
Ферменты , или энзимы , — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Благодаря ферментам биохимические реакции протекают с огромной скоростью. Скорость ферментативных реакций в десятки тысяч раз (а иногда и в миллионы) выше скорости реакций, идущих с участием неорганических катализаторов. Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом .
Ферменты — глобулярные белки, по особенностям строения ферменты можно разделить на две группы: простые и сложные. Простые ферменты являются простыми белками, т.е. состоят только из аминокислот. Сложные ферменты являются сложными белками, т.е. в их состав помимо белковой части входит группа небелковой природы — кофактор . У некоторых ферментов в качестве кофакторов выступают витамины. В молекуле фермента выделяют особую часть, называемую активным центром. Активный центр — небольшой участок фермента (от трех до двенадцати аминокислотных остатков), где и происходит связывание субстрата или субстратов с образованием фермент-субстратного комплекса. По завершении реакции фермент-субстратный комплекс распадается на фермент и продукт (продукты) реакции. Некоторые ферменты имеют (кроме активного) аллостерические центры — участки, к которым присоединяются регуляторы скорости работы фермента (аллостерические ферменты ).
Для реакций ферментативного катализа характерны: 1) высокая эффективность, 2) строгая избирательность и направленность действия, 3) субстратная специфичность, 4) тонкая и точная регуляция. Субстратную и реакционную специфичность реакций ферментативного катализа объясняют гипотезы Э. Фишера (1890 г.) и Д. Кошланда (1959 г.).
Э. Фишер (гипотеза «ключ-замок») предположил, что пространственные конфигурации активного центра фермента и субстрата должны точно соответствовать друг другу. Субстрат сравнивается с «ключом», фермент — с «замком».
Д. Кошланд (гипотеза «рука-перчатка») предположил, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается лишь в момент их взаимодействия друг с другом. Эту гипотезу еще называют гипотезой индуцированного соответствия .
Скорость ферментативных реакций зависит от: 1) температуры, 2) концентрации фермента, 3) концентрации субстрата, 4) рН. Следует подчеркнуть, что поскольку ферменты являются белками, то их активность наиболее высока при физиологически нормальных условиях.
Большинство ферментов может работать только при температуре от 0 до 40 °С. В этих пределах скорость реакции повышается примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. При температуре выше 40 °С белок подвергается денатурации и активность фермента падает. При температуре, близкой к точке замерзания, ферменты инактивируются.
При увеличении количества субстрата скорость ферментативной реакции растет до тех пор, пока количество молекул субстрата не станет равным количеству молекул фермента. При дальнейшем увеличении количества субстрата скорость увеличиваться не будет, так как происходит насыщение активных центров фермента. Увеличение концентрации фермента приводит к усилению каталитической активности, так как в единицу времени преобразованиям подвергается большее количество молекул субстрата.
Для каждого фермента существует оптимальное значение рН, при котором он проявляет максимальную активность (пепсин — 2,0, амилаза слюны — 6,8, липаза поджелудочной железы — 9,0). При более высоких или низких значениях рН активность фермента снижается. При резких сдвигах рН фермент денатурирует.
Скорость работы аллостерических ферментов регулируется веществами, присоединяющимися к аллостерическим центрам. Если эти вещества ускоряют реакцию, они называются активаторами , если тормозят — ингибиторами .
Классификация ферментов
По типу катализируемых химических превращений ферменты разделены на 6 классов:
- оксиредуктазы (перенос атомов водорода, кислорода или электронов от одного вещества к другому — дегидрогеназа),
- трансферазы (перенос метильной, ацильной, фосфатной или аминогруппы от одного вещества к другому — трансаминаза),
- гидролазы (реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются два продукта — амилаза, липаза),
- лиазы (негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов, при этом могут разрываться связи С-С, С-N, С-О, С-S — декарбоксилаза),
- изомеразы (внутримолекулярная перестройка — изомераза),
- лигазы (соединение двух молекул в результате образования связей С-С, С-N, С-О, С-S — синтетаза).
Классы в свою очередь подразделены на подклассы и подподклассы. В действующей международной классификации каждый фермент имеет определенный шифр, состоящий из четырех чисел, разделенных точками. Первое число — класс, второе — подкласс, третье — подподкласс, четвертое — порядковый номер фермента в данном подподклассе, например, шифр аргиназы — 3.5.3.1.
Перейти к лекции №2 «Строение и функции углеводов и липидов»
Перейти к лекции №4 «Строение и функции нуклеиновых кислот АТФ»
Биосинтез белка.
1. Структура одного белка определяется:
1)группой генов 2)одним геном
3)одной молекулой ДНК 4)совокупностью генов организма
2. Ген кодирует информацию о последовательности мономеров в молекуле:
1)т-РНК 2) АК 3) гликогена 4) ДНК
3. Антикодонами называются триплеты:
1)ДНК 2) т-РНК 3)и-РНК 4) р-РНК
4. Пластический обмен состоит преимущественно из реакций:
1)распада органических веществ 2)распада неорганических веществ
3)синтеза органических веществ 4)синтеза неорганических веществ
5. Синтез белка в прокариотической клетке происходит:
1)на рибосомах в ядре 2)на рибосомах в цитоплазме 3)в клеточной стенке
4)на внешней поверхности цитоплазматической мембраны
6. Процесс трансляции происходит:
1)в цитоплазме 2)в ядре 3)в митохондриях
4)на мембранах шероховатой эндоплазматической сети
7. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети происходит синтез:
1)АТФ; 2)углеводов; 3) липидов; 4)белков.
8. Один триплет кодирует:
1.одну АК 2 один признак организма 3. несколько АК
9. Синтез белка завершается в момент
1.узнавание кодона антикодоном 2.появление на рибосоме «знака препинания»
3.поступление и-РНК на рибосому
10. Процесс, в результате которого происходит считывание информации с молекулы ДНК.
1.трансляция 2.транскрипция 3.трансформация
11. Свойства белков определяется…
1.вторичной структурой белка 2.первичной структурой белка
3.третичной структурой белка
12. Процесс, при котором антикодон узнаёт кодон на и-РНК
13. Этапы биосинтеза белка.
1.транскрипция, трансляция 2.трансформация, трансляция
3.трансорганизация, транскрипция
14. Антикодон т-РНК состоит из нуклеотидов УЦГ. Какой триплет ДНК ему комплементарен ?
1.УУГ 2. ТТЦ 3. ТЦГ
15. Количество т-РНК, участвующих в трансляции, равно количеству:
1.Кодонов и-РНК, шифрующих аминокислоты 2. Молекул и-РНК
3 Генов, входящих в молекулу ДНК 4. Белков, синтезируемых на рибосомах
16. Установите последовательность расположения нуклеотидов и-РНК при транскрипции с одной из цепей ДНК: А-Г-Т-Ц-Г
1) У 2) Г 3) Ц 4) А 5) Ц
17. При репликации молекулы ДНК образуется:
1) нить, распавшаяся на отдельные фрагменты дочерних молекул
2) молекула, состоящая из двух новых цепей ДНК
3) молекула, половина которой состоит из нити иРНК
4) дочерняя молекула, состоящая из одной старой и одной новой цепи ДНК
18. Матрицей для синтеза молекулы иРНК при транскрипции служит:
1) вся молекула ДНК 2) полностью одна из цепей молекулы ДНК
3) участок одной из цепей ДНК
4) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся молекула ДНК.
19.Процесс самоудвоения молекулы ДНК.
1.репликация 2.репарация
3. реанкорнация
20. При биосинтезе белка в клетке энергия АТФ:
1) расходуется 2) запасается
3) не расходуется и не выделяется
21. В соматических клетках многоклеточного организма:
1) различный набор генов и белков 2) одинаковый набор генов и белков
3) одинаковый набор генов, но разный набор белков
4) одинаковый набор белков, но разный набор генов
22.. Один триплет ДНК несет информацию о:
1)последовательности аминокислот в молекуле белка
2)признаке организма 3)аминокислоте в молекуле синтезируемого белка
4)составе молекулы РНК
23. Какой из процессов не происходит в клетках любого строения и функции:
1)синтез белков 2) обмен веществ 3)митоз 4) мейоз
24. Понятие «транскрипция» относится к процессу:
1)удвоения ДНК 2)синтеза и-РНК на ДНК
3)перехода и-РНК на рибосомы 4)создания белковых молекул на полисоме
25. Участок молекулы ДНК, несущий информацию об одной молекуле белка - это:
1)ген 2)фенотип 3)геном 4)генотип
26. Транскрипция у эукариот происходит в:
1)цитоплазме 2)эндоплазматической мембране 3)лизосомах 4)ядре
27.Синтез белка происходит в:
1)гранулярном эндоплазматическом ретикулуме
2)гладком эндоплазматическом ретикулуме 3)ядре 4) лизосомах
28. Одна аминокислота кодируется:
1)четырьмя нуклеотидами 2)двумя нуклеотидами
3)одним нуклеотидом 4) тремя нуклеотидами
29. Триплету нуклеотидов АТЦ в молекуле ДНК будет соответствовать кодон молекулы и-РНК:
1) ТАГ 2) УАГ 3) УТЦ 4) ЦАУ
30. Знаки препинания генетического кода:
1.кодируют определённые белки 2. запускают синтез белка
3. прекращают синтез белка
31. Процесс самоудвоения молекулы ДНК.
1.репликация 2.репарация 3.реанкорнация
32. Функция и-РНК в процессе биосинтеза.
1.хранение наследственной информации 2.транспорт АК на рибосомы
3.подача информации на рибосомы
33. Процесс, когда т-РНК приносят аминокислоты на рибосомы.
1.транскрипция 2.трансляция 3.трансформация
34. Рибосомы, синтезирующие одну и ту же белковую молекулу.
1.хромосома 2.полисома 3.мегахромосома
35. Процесс, при котором аминокислоты образуют белковую молекулу.
1.транскрипция 2.трансляция 3.трансформация
36. К реакциям матричного синтеза относят…
1.репликацию ДНК 2.транскрипцию, трансляцию 3.оба ответа правильные
37.Один триплет ДНК несет информацию о:
1.Последовательности аминокислот в молекуле белка
2.Месте определенной АК в белковой цепи
3.Признаке конкретного организма
4.Аминокислоте, включаемой в белковую цепь
38. В гене закодирована информация о:
1) строении белков, жиров и углеводов 2) первичной структуре белка
3) последовательности нуклеотидов в ДНК
4) последовательности аминокислот в 2-х и более молекулах белков
39. Синтез иРНК начинается с:
1) разъединения ДНК на две нити 2) взаимодействия фермента РНК - полимеразы и гена
3) удвоения гена 4) распада гена на нуклеотиды
40. Транскрипция происходит:
1) в ядре 2) на рибосомах 3) в цитоплазме 4) на каналах гладкой ЭПС
41. Синтез белка не идет на рибосомах у:
1) возбудителя туберкулеза 2) пчелы 3) мухомора 4) бактериофага
42. При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка служат:
1) обе цепочки ДНК 2) одна из цепей молекулы ДНК
3) молекула иРНК 4) в одних случаях одна из цепей ДНК, в других– молекула иРНК