Структурные белки это


§ 10. Классификация белков

§ 10. КЛАССИФИКАЦИЯ  БЕЛКОВ

Существуют несколько подходов к классификации белков: по форме белковой молекулы, по составу белка, по функциям. Рассмотрим их.

 

Классификация по форме белковых молекул

По форме белковых молекул различают фибриллярные белки и глобулярные белки.

Фибриллярные белки представляют собой длинные нитевидные молекулы, полипептидные цепи которых вытянуты вдоль одной оси и скреплены друг с другом поперечными сшивками (рис. 18,б). Эти белки отличаются высокой механической прочностью, нерастворимы в воде. Они выполняют главным образом структурные функции: входят в состав сухожилий и связок (коллаген, эластин), образуют волокна шелка и паутины (фиброин), волосы, ногти, перья (кератин).

В глобулярных белках одна или несколько полипептидных цепей свернуты в плотную компактную структуру – клубок (рис. 18,а). Эти белки, как правило, хорошо растворимы в воде. Их функции многообразны. Благодаря им осуществляются многие биологические процессы, о чем подробнее будет изложено ниже.

Рис. 18. Форма белковых молекул:

а – глобулярный белок, б – фибриллярный белок

 

Классификация по составу белковой молекулы

Белки по составу можно разделить на две группы: простые и сложные белки. Простые белки состоят только из аминокислотных остатков и не содержат других химических составляющих. Сложные белки, помимо полипептидных цепей, содержат другие химические компоненты.

К простым белкам относятся РНКаза и многие другие ферменты. Фибриллярные белки коллаген, кератин, эластин по своему составу являются простыми. Запасные белки растений, содержащиеся в семенах злаков, – глютелины, и гистоны – белки, формирующие структуру хроматина, принадлежат также к простым белкам.

Среди сложных белков различают металлопротеины, хромопротеины, фосфопротеины, гликопротеины, липопротеины и др. Рассмотрим эти группы белков подробнее.

 

Металлопротеины

К металлопротеинам относят белки, в составе которых имеются ионы металлов. В их молекулах встречаются такие металлы, как медь, железо, цинк, молибден, марганец и др. Некоторые ферменты по своей природе являются металлопротеинами.

 

Хромопротеины

В составе хромопротеинов в качестве простетической группы присутствуют окрашенные соединения. Типичными хромопротеинами являются зрительный белок родопсин,  принимающий участие в процессе восприятие света, и белок крови гемоглобин (Hb), четвертичная структура которого рассмотрена в предыдущем параграфе. В состав гемоглобина входит гем, представляющий собой плоскую молекулу, в центре которой расположен ион Fe2+ (рис. 19). При  взаимодействии гемоглобина с кислородом образуется оксигемоглобин.  В альвеолах легких  гемоглобин  насыщается кислородом.  В тканях, где содержание кислорода незначительно, оксигемоглобин распадается с выделением  кислорода,  который  используется клетками:

Гемоглобин может  образовывать  соединение  с оксидом углерода (II), которое называется карбоксигемоглобином:

.

Карбоксигемоглобин не способен  присоединять  кислород. Вот почему происходит отравление угарным газом. 

Гемоглобин и другие гем-содержащие белки (миоглобин, цитохромы) называют еще гемопротеинами из-за наличия в их составе гема (рис. 19).

Рис. 19. Гем

 

Фосфопротеины

Фосфопротеины в своем составе содержат остатки фосфорной кислоты, связанные с гидроксильной группой аминокислотных остатков сложноэфирной связью (рис. 20). 

 

Рис. 20. Фосфопротеин 

К фосфопротеинам относится белок молока казеин. В его состав входят не только остатки  фосфорной кислоты, но и ионы кальция. Фосфор и кальций необходимы растущему организму в больших количествах, в частности, для формирования скелета. Кроме казеина, в клетках много и других фосфопротеинов. Фосфопротеины могут подвергаться дефосфорилированию, т.е. терять фосфатную группу:

фосфопротеин + Н протеин + Н3РО4

Дефосфорилированные белки могут при определенных условиях быть снова фосфорилированы. От наличия фосфатной группы в их молекуле зависит их биологическая активность. Одни белки проявляют свою биологическую функцию в фосфорилированном виде, другие – в дефосфорилированном. Посредством фосфорилирования – дефосфорилирования регулируются многие биологические процессы.

 

Липопротеины

К липопротеинам относятся белки, содержащие ковалентно связанные липиды. Эти белки встречаются в составе клеточных мембран. Липидный (гидрофобный) компонент удерживает белок в мембране (рис. 21). 

 

Рис. 21. Липопротеины в клеточной мембране 

К липопротеинам относят также белки крови, участвующие в транспорте липидов и не образующие  с ними ковалентную связь.

 

Гликопротеины

Гликопротеины содержат в качестве простетической группы ковалентно связанный углеводный компонент. Гликопротеины разделяют на истинные гликопротеины и протеогликаны. Углеводные группировки истинных гликопротеинов содержат обычно до 15 – 20 моносахаридных компонентов, у протеогликанов они построены из очень большого числа моносахаридных остатков (рис. 22).

 

 

Рис. 22. Гликопротеины

Гликопротеины широко распространены в природе. Они встречаются в секретах (слюне и т.д.), в составе клеточных мембран, клеточных стенок, межклеточного вещества, соединительной ткани и т.д. Многие ферменты и транспортные белки являются гликопротеинами.

 

Классификация по функциям

По выполняемым функциям белки можно разделить на структурные, питательные и запасные белки, сократительные, транспортные, каталитические, защитные, рецепторные, регуляторные и др.

 

Структурные белки

К структурным белкам относятся коллаген, эластин, кератин, фиброин. Белки принимают участие в формировании клеточных мембран, в частности, могут образовывать в них каналы или выполнять другие функции ( рис. 23).

 

 Рис. 23. Клеточная мембрана.

 

Питательные и запасные белки

Питательным белком является казеин, основная функция которого  заключается в обеспечении растущего организма аминокислотами, фосфором и кальцием. К запасным белкам относятся яичный белок, белки семян растений. Эти белки потребляются во время развития зародышей. В организме человека и животных белки в запас не откладываются, они должны систематически поступать с пищей, в противном случае может развиться дистрофия.

 

Сократительные белки

Сократительные белки обеспечивают работу мышц, движение жгутиков и ресничек у простейших, изменение формы клеток, перемещение органелл внутри клетки. Такими белками являются миозин и актин. Эти белки присутствуют не только в мышечных клетках, их можно обнаружить в клетках практически любой ткани животных.

 

Транспортные белки

Гемоглобин, рассмотренный в начале параграфа, является классическим примером транспортного белка. В крови присутствуют и другие белки, обеспечивающие транспорт липидов, гормонов и иных веществ. В клеточных мембранах находятся белки,  способные переносить через мембрану глюкозу, аминокислоты, ионы и некоторые  другие вещества. На рис. 24 схематически показана работа переносчика глюкозы.

 

Рис. 24. Транспорт глюкозы через клеточную мембрану

 

Белки-ферменты

Каталитические белки, или ферменты, представляют собой самую многообразную группу белков. Почти все химические реакции, протекающие в организме, протекают при участии ферментов. К настоящему времени открыто несколько тысяч ферментов. Более подробно они будут рассмотрены в следующих параграфах.

 

Защитные белки

К этой группе относятся белки, защищающие организм от вторжения других организмов или предохраняющие его от повреждений. Иммуноглобулины, или антитела, способны распознавать проникшие в организм бактерии, вирусы или чужеродные белки, связываться с ними и способствовать их обезвреживанию.

Другие компоненты крови, тромбин и фибриноген, играют важную роль в процессе свертывания крови. Они предохраняют организм от потери крови при повреждении сосудов. Под действием тромбина от молекул фибриногена отщепляются фрагменты полипептидной цепи, в результате этого образуется фибрин:

фибриноген  фибрин.

Образовавшиеся молекулы фибрина агрегируют, формируя длинные нерастворимые цепи. Сгусток крови вначале является рыхлым, затем он стабилизируется за счет межцепочечных сшивок. Всего в процессе свертывания крови участвует около 20 белков. Нарушения в структуре их генов является причиной такого заболевания, как гемофилия – сниженная свертываемость крови.

 

Рецепторные белки

Клеточная мембрана является препятствием для многих молекул, в том числе и для молекул, предназначенных для передачи сигнала внутрь клеток. Тем не менее клетка способна получать сигналы извне благодаря наличию на ее поверхности специальных  рецепторов, многие из которых являются белками. Сигнальная молекула, например, гормон, взаимодействуя с рецептором, образует гормон-рецепторный комплекс, сигнал от которого передается далее, как правило, на белковый посредник. Последний запускает серию химических реакций, результатом  которых является биологический ответ клетки на воздействие внешнего сигнала (рис. 25).

 

 Рис.25. Передача внешних сигналов в клетку

 

Регуляторные белки

Белки, участвующие в управлении биологическими процессами, относят к регуляторным белкам. К ним принадлежат некоторые гормоны. Инсулин и глюкагон регулируют уровень глюкозы в крови. Гормон роста, определяющий размеры тела, и паратиреоидный гормон, регулирующий обмен фосфатов и ионов кальция, являются регуляторными белками. К этому классу белков принадлежат и другие протеины, участвующие в регуляции обмена веществ.

 

Интересно знать! В плазме некоторых антарктических рыб содержатся белки со свойствами антифриза, предохраняющие рыб от замерзания, а у ряда насекомых в местах прикрепления крыльев находится белок резилин, обладающий почти идеальной эластичностью. В одном из африканских растений синтезируется белок монеллин с очень сладким вкусом.

Белки как молекулы. Состав, структура и функции белков

Белки выполняют ведущую роль в жизни организмов, преобладая в них и количественно. В теле животных они составляют 40-50% сухой массы, в растениях – 20-35%. Это самая разнообразная группа молекул – как химически, так и функционально. Состав и структура белков определяет огромное разнообразие их функций в клетке: их так много, что невозможно перечислить и описать их все. Однако можно сгруппировать эти функции в следующие восемь категорий. Но этот список также будет неполным.

    1. Ферментативная (каталитическая). Ферменты имеют белковое происхождение. Это трёхмерные глобулярные (свёрнутые) белки, плотно прилегающие к молекуле для её расщепления или сборки. Такая подгонка ускоряет специфические химические реакции в клетке.
    2. Защитная. Другие глобулярные белки используют свою форму для распознавания чужеродных микроорганизмов и раковых клеток. Эти приёмные устройства формируются эндокринной и иммунной системами. Многие живые организмы выделяют белки, ядовитые для других. Токсины синтезируют ряд животных, грибов, растений, микроорганизмов. В свою очередь, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, которые подавляют действие этих ядов.
    3. Транспортная. Глобулярные белки присоединяют и транспортируют мелкие молекулы и ионы. Например, транспортный белок гемоглобин переносит кислород и углекислоту с потоком крови. Мембранные транспортные белки помогают молекулам и ионам двигаться через плазмалемму. Альбумины крови транспортируют жирные кислоты, глобулины – ионы металлов и гормоны.
    4. Структурная. Белковые молекулы входят в состав всех клеточных мембран и органоидов. Из белков построены элементы цитоскелета, сократительные структуры мышечных волокон. Структурными являются кератин в волосах, фибрин в сгустках крови, коллаген в коже, связках, сухожилиях и костях. В состав связок, стенок артерий и лёгких входит также структурный белок эластин.
    5. Двигательная. Сократительные белки обеспечивают способность клеток, тканей, органов и целых организмов изменять форму, двигаться. Мышцы сокращаются за счёт движения двух видов белковых нитей: актина и миозина. Контрактильные (лат. contraho, contractum – стягивать, сокращать) протеины играют ключевую роль в цитоскелете и передвижении веществ внутри клетки. Белок тубулин также входит в состав микротрубочек веретена деления, ресничек и жгутиков эукариотических клеток.
    6. Регуляторная. Крошечные белки, называемые гормонами, служат межклеточными посланниками в теле животных. Другие белки регулируют синтез РНК на ДНК, включая и выключая гены. Кроме того белки получают информацию, действуя в качестве рецепторов клеточной поверхности (эту функцию иногда считают отдельной, называя рецепторной).
    7. Запасающая. Кальций и железо хранятся в организме в виде ионов, связанных с белками хранения. В семенах растений запасаются резервные белки, которые используются зародышем при прорастании, а затем и проростком как источник азота.
  1. Энергетическая. После расщепления до аминокислот белки могут служить источником энергии в клетке. При полном окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. Однако белки расходуются на энергетические нужды лишь в крайних случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и липидов.
Сравнительный размер молекул белков. Слева направо: антитело (IgG) (150 кДа), гемоглобин (66,8 кДа), гормон инсулин, фермент аденилаткиназа и фермент глютаминсинтетаза.
Автор: en:User:Gareth White, CC BY-SA 2.0

Функции белков

 

Функция Класс белка Образцы Примеры использования
Каталитическая Ферменты Карбогидразы Расщепляют полисахариды
Протеазы Разрушают белки
Полимеразы Синтезируют нуклеиновые кислоты
Киназы Фосфорилируют сахара и белки
Защитная Иммуноглобулины Антитела Маркируют чужеродные белки для элиминации (удаления)
Токсины Змеиный яд Блокирует нервные импульсы
Клеточные белки-антигены МНС-белки (главный комплекс гистосовместимости) Опознание чужеродных белков
Транспортная Циркуляционные транспортёры Гемоглобин Переносит кислород и углекислый газ крови
Миоглобин Переносит кислород и углекислый газ в скелетных мышцах и мышце сердца
Цитохромы Транспортируют электроны
Мембранные транспортные белки Натриево-калиевый насос Возбуждение мембраны
Протонный насос Хемиосмос
Транспортёр глюкозы Транспортирует глюкозу в клетки
Структурная Волокна Коллаген Образует хрящ
Кератин Формирует волосы, ногти, перья и др.
Фибрин Образует сгустки крови
Двигательная Мускулы Актин Сокращение мышечных волокон
Миозин Сокращение мышечных волокон
Регуляционная Осмотические белки Сывороточный альбумин Поддерживает осмотическую концентрацию крови
Регуляторы генов Репрессор Регулирует транскрипцию
Гормоны Инсулин Контролирует уровень глюкозы в крови
Вазопрессин Увеличивает задержку воды почками
Окситоцин Регулирует сокращение матки и выделение молока
Запасающая Ион-связывание Ферритин Хранит железо, особенно в селезёнке
Казеин Хранит ионы в молоке
Кальмодулин Связывает ионы кальция

Белки – это полимеры

Белки, или протеины – это нерегулярные (не имеющие определённой закономерности в последовательности мономеров) полимеры, состоящие из мономеров, называемые аминокислотами. Протеины, в состав молекул которых входит от пятидесяти до нескольких тысяч остатков аминокислот, называются белками. Молекулы с меньшим количеством мономеров именуются пептидами.

Общие сведения о пептидах и белках

Белок состоит из одной или нескольких длинных неразветвлённых цепей. Каждая цепь называется полипептидом и состоит из аминокислот, скреплённых пептидными связями. Термины «белок» и «полипептид» часто используются свободно, что может вызывать путаницу. Для белка, который включает только одну полипептидную цепь, оба термина являются синонимами.

В природе существуют около 500 аминокислот. В образовании белков обычно (но не всегда) участвуют только 20 из них – их называют белокобразующими. Порядок соединения мономеров в белке определяет его структуру и функции. Многие учёные считают, что аминокислоты были первыми органическими молекулами, появившимися на Земле. Возможно, океаны, которые существовали в начале истории нашей планеты, содержали большое их разнообразие.

Белокобразующие аминокислоты

Автотрофные организмы синтезируют все необходимые им аминокислоты из продуктов фотосинтеза и азотсодержащих неорганических соединений. Для гетеротрофов источником аминокислот являются продукты питания. В организме человека и животных некоторые аминокислоты могут синтезироваться из продуктов обмена веществ (в первую очередь — из других аминокислот). Такие аминокислоты называются заменимыми.

Другие же, так называемые незаменимые аминокислоты, не могут быть собраны в организме и поэтому должны постоянно поступать в него в составе белков пищи. Протеины, содержащие остатки всех незаменимых аминокислот, называются полноценными. Неполноценные белки – это те, в составе которых отсутствуют остатки тех или иных незаменимых аминокислот.

Незаменимыми аминокислотами для человека являются: триптофан, лизин, валин, изолейцин, треонин, фенилаланин, метионин и лейцин. Для детей незаменимыми являются также аргинин и гистидин.

Полипептидные цепи могут быть очень длинными и включать самые разные комбинации аминокислотных остатков. Каждый конкретный белок характеризуется строго постоянным составом и последовательностью аминокислот.

Димер мембранного белка кальсеквестрина.
Deposition authors: Wang, S., Trumble, W.R., Liao, H., Wesson, C.R., Dunker, A.K., Kang, C., CC BY 3.0

Белки, образованные только остатками аминокислот, называются простыми. Сложными являются протеины, имеющие в своём составе компонент неаминокислотной природы. Это могут быть ионы металлов (Fe2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+), липиды, нуклеотиды, сахара и др. Простыми белками являются альбумины крови, фибрин, некоторые ферменты (трипсин) и др. Сложные белки – это большинство ферментов, иммуноглобулины (антитела).

Состав аминокислот

Аминокислоты, как следует из их названия, содержат основную аминогруппу (— NH2), а также кислотную карбоксильную группу (—COOH), обе они связаны с центральным атомом углерода. Углерод дополнительно скреплен с водородом и функциональной белковой группой, называемой радикалом (R). Эти компоненты полностью заполняют все связи центрального атома углерода.

Общая структура α-аминокислот, составляющих белки (кроме пролина).
Автор: User:X-romix

Уникальный характер каждой аминокислоты определяется природой группы радикала. Обратите внимание, что если группа радикала не содержит атома водорода (Н), как в глицине, то аминокислота хиральна и может существовать в форме двух энантиомеров: d или L. В белках живых систем содержатся обычно α (L)-аминокислоты, а β (d)-аминокислоты встречаются крайне редко.

Группа радикала определяет химические свойства аминокислот – они могут быть полярными или неполярными, гидрофобными или гидрофильными. Серин с радикалом -CH2OH является полярной молекулой, Аланин, который имеет –CH3 как группу радикала – неполярен.

Существуют также основные аминокислоты (более чем с одной аминогруппой) и кислые аминокислоты (более чем с одной карбоксильной группой). Наличие дополнительной амино- или карбоксильной группы оказывает влияние на свойства аминокислоты, которые играют определяющую роль в формировании пространственной структуры белка.

В состав радикала некоторых аминокислот (например, цистеина) входят атомы серы. Все 20 аминокислот сгруппированы в пять химических классов, основанных на группе их радикала.

  1. Неполярные аминокислоты, такие как лейцин, часто имеют в качестве радикала —CH2 или —CH3.
  2. Полярные незаряженные аминокислоты, такие как треонин, с радикалом, содержащим кислород или гидроксильную группу (-OH).
  3. Заряженные аминокислоты, такие как глутаминовая кислота, с радикалом, имеющим кислоты или основания, способные к ионизации.
  4. Ароматические аминокислоты, такие как фенилаланин, имеющий группу радикала, содержащую органическое (углеродное) кольцо с чередованием одиночных и двойных связей. Они также неполярны.
  5. Аминокислоты, обладающие особыми функциями и свойствами. Например, метионин, который часто является первой аминокислотой в цепи белков, пролин, вызывающий перегибы в цепях, цистин, связывающий цепи вместе.

Каждая аминокислота влияет на форму белка по-разному, в зависимости от химической природы боковых групп. Например, части белковой цепи с многочисленными неполярными аминокислотами сворачиваются внутрь своей цепи путём гидрофобного исключения.

Белки и пептидные связи

В дополнении к группе радикала каждая аминокислота имеет положительно заряженную аминогруппу (NH3 +) на одном конце и отрицательно заряженную гидроксильную группу (COO -) на другом. Амино- и карбоксильные группы у пары аминокислот могут подвергаться реакции дегидрации (выделение молекулы воды) с образованием ковалентной связи. Ковалентная связь, скрепляющая две аминокислоты, называется пептидной. Скреплённые таким способом аминокислоты не могут свободно вращаться вокруг N-C связи. Этот факт является основным фактором образования конструкции белковых молекул.

Пептидная связь

Наличие как основной, так и кислотной групп обусловливает амфотерность (проявление как кислотных, так и основных свойств) и высокую реакционную способность аминокислот.

При соединении двух аминокислот образуется дипептид. На одном конце молекулы дипептида находится свободная аминогруппа, на другом — свободная карбоксильная группа. Благодаря этому дипептид может присоединять к себе другие аминокислоты, образуя олигопептиды. Если таким образом соединяется более 10 остатков аминокислот, то образуется полипептид.

Новаторская работа Фредерика Сангера в начале 1950-х годов доказала, что каждый вид белка имеет определённую аминокислотную последовательность. Для отщепления аминокислот он использовал химические методы, после этого определял их. Сангер преуспел в расшифровке аминокислотной последовательности инсулина. Он продемонстрировал, что все молекулы инсулина имеют одинаковый состав аминокислот.

Уровни структурной организации белков

Форма белка определяет его функцию. Один из способов изучить что-то столь же маленькое как белок – посмотреть на него при помощи коротковолнового излучения, которое представлено рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи пропускают через белок для получения дифракции его узора. Эта картинка кропотливо анализируется и позволяет исследователю построить трёхмерное изображение молекулы с положением каждого её атома. Первым белком, проанализированным таким образом, был миоглобин; вскоре такому же анализу был подвергнут связанный с ним белок гемоглобин.

Когда было изучено достаточное количество протеинов, стал очевиден общий принцип их строения: в каждом исследованном белке все внутренние аминокислоты, такие как лейцин, валин и фенилаланин, неполярны. Тенденция воды к исключению неполярных молекул буквально толкает такие части цепи аминокислот внутрь протеина. Неполярные аминокислоты вынуждены тесно контактировать друг с другом, оставляя мало свободного места внутри молекулы. Полярные и заряженные аминокислоты концентрируются на поверхности белка, за исключением немногих, играющих ключевые функциональные роли.

Структура белков, как правило, описывается как иерархия четырёх уровней: первичного, вторичного, третичного и четвертичного. Мы рассмотрим эту точку зрения, а затем интегрируем её с более современным подходом, вытекающим из расширяющихся знаний о белковой структуре.

Уровни организации молекул белка

Первичная структура белков

Первичная структура белка – это его аминокислотная последовательность, т. е. это цепочка из множества аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Это наиболее важная структура, так как именно она определяет форму, свойства и функции белка. На основе первичной структуры создаются другие формы молекулы.

Группы радикалов, которыми отличаются аминокислоты, не играют роли в пептидной цепи белков и протеин может включать любую последовательность аминокислот. Так как любая из 20 аминокислот может появиться в любом месте, белок, содержащий 100 мономеров, может образовать любую из 20 100 различных аминокислотных последовательностей. Это важное свойство белков позволяет им быть разнообразными, но каждый из них функционирует только при определённой аминокислотной последовательности.

Вторичная структура белка

Боковые и пептидные группы полипептидных цепей могут образовывать водородные связи. Вторичная структура белка возникает в результате связывания атомов водорода NH-групп и кислорода CO-групп. Полипептидная цепь при этом спирально закручивается. Водородные связи слабые, но благодаря их большому числу они обеспечивают стабильность этой структуры. Спиральную конфигурацию имеют, например, молекулы кератина, миозина и коллагена.

Водородные связи пептидов могут образовываться с водой. Если связей с водой будет слишком много, белки не смогут приобрести глобулярной структуры. Лайнус Полинг предположил, что пептидные группы могут взаимодействовать друг с другом, если пептид свёрнут в спираль, которую он назвал α-спиралью. Этот вид регулярного взаимодействия в пептиде формирует его вторичную структуру.

Вторичная структура инсулина

Другая форма вторичной структуры формируется между зонами пептида, расположенными в один ряд, в результате чего получается плоская молекула, собранная в складки, называемая β-листом. Части белка могут быть либо параллельными, либо антипараллельными – в зависимости от того, являются ли смежные участки пептида ориентированными в одном или в противоположном направлении.

Эти два вида вторичной структуры создают зоны белка – цилиндрические (α-спирали) и плоские (β-листы). Конечная структура белка может включать области каждого типа вторичной структуры. Например ДНК-связывающие белки обычно имеют области α-спирали, которые могут лежать поперёк ДНК и взаимодействовать непосредственно с основаниями ДНК. Белки порины, образующие отверстия в мембранах, состоят из β-листов. В гемоглобине α и β-структуры (глобины) имеют в молекуле свои зоны.

Вторичная структура белков

Третичная структура белков

Окончательная структура химически связанных белков называется третичной. Третичная структура формируется за счет образования водородных, ионных и других связей, возникающих в водной среде между разными группами атомов белковой молекулы вторичной структуры.

У некоторых белков важную роль в образовании третичной структуры играют S – S связи (дисульфидные) между остатками цистеина (аминокислоты, содержащей серу). При этом полипептидная спираль укладывается в своеобразный клубок (глобулу) таким образом, что гидрофобные аминокислотные радикалы погружаются внутрь глобулы, а гидрофильные располагаются на поверхности и взаимодействуют с молекулами воды. Третичной структурой определяются специфичность белковых молекул, их биологическая активность. Её имеют многие белки, например миоглобин (белок, который участвует в создании запаса кислорода в мышцах) и трипсин (фермент, расщепляющий белки пищи в кишечнике).

Третичная структура стабилизируется рядом сил, в том числе:

  • водородными связами между радикалами различных аминокислот;
  • электростатическим притяжением радикалов с противоположными зарядами;
  • гидрофобным исключением неполярных радикалов;
  • ковалентными дисульфидными связами.

На стадии третичной структуры по форме молекул белки можно разделить на две группы:

  • глобулярные – имеют округлую форму. Такую форму имеют глобулины и альбумины крови, фибриноген, гемоглобин;
  • фибриллярные – характеризуются вытянутой, нитевидной формой молекул. Это кератин, коллаген, миозин, эластин и др.

Четвертичная структура белка

Когда два или более полипептида связываются с образованием функционального белка, отдельные его цепи называются субъединицами. Расположение этих субъединиц и есть четвертичная структура. Субъединицы в таких белках чаще всего неполярны, поэтому они не связаны химически и отвечают за отдельные виды деятельности. Прочность четвертичной структуры обеспечивается взаимодействием слабых межмолекулярных сил.

Четвертичная структура характерна для белка гемоглобина. Вспомните, что гемоглобин состоит из двух α-цепей и двух β-цепей, а ещё в его состав входит небелковый компонент – гем.

Субъединицы располагаются в их окончательной четвертичной структуре. Это конечная структура некоторых, но не всех белков. У протеинов, которые состоят только из одной полипептидной цепи, например у фермента лизоцима, конечной структурой является третичная.

Мотивы и домены – структурные элементы белков

Ручное определение последовательности аминокислот в белке – трудоёмкая работа. Эту ситуацию изменило открытие способности хранения информации о белке молекулой ДНК. Первоначально геном человека был расшифрован вручную. Появление технологий следующего поколения привело к заметному ускорению секвенирования.

Сегодня расшифрованы более 40 000 бактериальных геномов и почти 8 000 геномов эукариот, в том числе 80 последовательностей генов млекопитающих. Так как состав ДНК имеет непосредственное отношение к последовательности аминокислот в белках, у биологов теперь есть огромная база данных строения протеинов.

Новая информация заставила задуматься о логике генетического кода и основных закономерностях структуры белка. Исследователи до сих пор рассматривают иерархическую систему из четырёх уровней как важную, но в лексикон биологов вошли и новые термины: мотив укладки и белковый домен.

Мотив укладки белковых молекул

Когда биологи обнаружили третичную структуру белка (ещё более трудоёмкая работа, чем определение последовательности аминокислот в цепи), они заметили сходные элементы, расположенные в непохожих белках. Подобные структуры называются мотивами, а иногда «сверхсекундными структурами». Термин «мотив» заимствован из искусства и относится к тематическому повторяющемуся элементу в музыке или дизайне.

Один общий мотив β-α-β образует так называемую «складку Россмана» у большого количества протеинов. Вторым часто встречающимся мотивом является β-баррель, который представляет собой β-лист, сложенный по кругу, чтобы сформировать трубку. Третий тип мотива – спираль-поворот-спираль, состоит из двух α-спиралей, разделённых изгибом. Его используют белки для связывания с молекулой ДНК.

Логику структуры мотивов укладки исследователи до сих пор не могут понять. Вероятно, если аминокислоты являются буквами в языке белков, то мотивы представляют собой повторяющиеся слова или фразы. Мотивы укладки помогли определить неизвестные функции белков, а база данных белковых мотивов используется для поиска новых неизвестных протеинов.

Мотивы укладки являются довольно консервативными и встречаются в белках, которые не имеют ни функциональных, ни эволюционных связей. Определение мотивов укладки лежит в основе физической, или рациональной классификации белков.

Белковые домены

Домены – это функциональные единицы в виде глобулы внутри более крупной структуры белков. Их можно рассматривать как субструктуры внутри третичной структуры белка. В языке белков это «абзацы». Большинство белков состоит из нескольких доменов, которые выполняют различные части функций протеинов.

Во многих структурах эти домены могут быть физически разделены. Например, так устроены факторы транскрипции – белки, которые связываются с ДНК и инициируют построение РНК по комплементарной ей ДНК. Было выяснено, что если ДНК-связывающие области поменять местами с факторами транскрипции, специфичность фактора может быть изменена без изменения его способности стимулировать транскрипцию. Эксперименты по замене доменов были проведены со многими факторами транскрипции, и они указывают, что активационные и ДНК-связывающие домены действуют отдельно.

Эти образования также могут помогать протеинам складываться. По мере того, как полипептидная цепь приобретает свою структуру, домены принимают правильную форму. Это действие может быть продемонстрировано экспериментально. Искусственное продуцирование фрагмента полипептида, который образует домен в интактном белке, показывает, что фрагмент складывается, чтобы сформировать такую же структуру, как у прототипа.

Процесс складывания, белки-шапероны

Первоначально биохимики думали, что новоиспечённые белки сворачиваются спонтанно, пробуя различные конфигурации, как гидрофобные взаимодействия с водой толкают неполярные аминокислоты внутрь белков до тех пор, пока не будет достигнута их окончательная структура. Оказалось, что эта точка зрения слишком проста. Цепи протеинов могут быть сложены многими способами, поэтому пробы и ошибки заняли бы слишком много времени. По мере того как первичная цепь складывается, приобретая финальную структуру, неполярные «липкие» внутренние участки во время промежуточных стадий обнажаются. Если эти промежуточные формы поместить в пробирку со средой, идентичной той, что внутри клетки, они прилипают к другим, и нежелательные белки-партнёры образуют клейкую массу.

Как клетки избегают того, чтобы их белки слипались в массу? Ответ на вопрос появился во время изучения необычных мутаций, которые спасают бактериальные клетки от размножения внутри них вирусов. При этом белки вирусов, произведённые внутри клетки, не могут сложиться как следует. Дальнейшее исследование помогло выяснить, что клетки содержат белки-шапероны, помогающие другим белкам складываться правильно.

Свёртывание белков

В настоящее время молекулярные биологи выявили массу белков, действующих как шапероны. Это большой класс полимеров, который можно разделить на подклассы. Представители шаперонов были найдены в каждом исследуемом организме. Некоторые из них, называемые тепловыми шоковыми белками, вырабатывается в ответ на повышение температуры тела. Высокие температуры служат фактором денатурации белков, шоковые белки-шопероны помогают белкам правильно сворачиваться и в такой ситуации.

Один из хорошо изученных классов этих белков, названных шаперонинами, был изучен у кишечной палочки (Escherichia coli). У мутантов при инактивации шаперонинов 30% бактериального белка не складывались должным образом. Шаперонины собираются в комплекс, напоминающий цилиндрический контейнер. Белки могут заходить в этот контейнер, и даже неправильно сложенные молекулы складываются там заново.

Исследователи склонны думать о белках как о фиксированных структурах, но это не относится к шаперонинам. Их гибкость поразительна. Видимо, это нужно им для выполнения своих функций. Клетки используют эти белки для складывания некоторых молекул протеинов и восстановления их неправильной структуры.

Денатурация инактивирует белки

Еще одной важной особенностью белков является то, что они проявляют свою активность лишь в узких температурных рамках и в определённом диапазоне кислотности среды.

Если условия, окружающие белок, изменяются, то он может частично потерять свою структуру или полностью развернуться. Этот процесс называется денатурацией. Белки могут быть денатурированы, когда рН, температура или ионная концентрация окружающего раствора изменена. Денатурация происходит вследствие разрыва водородных, ионных, дисульфидных и других связей, стабилизирующих пространственную структуру белковых молекул. При этом может утрачиваться их четвертичная, третичная и даже вторичная структуры.

Денатурированные белки как правило биологически неактивны. Это особенно значимо в отношении ферментов: так как почти каждая химическая реакция происходит при их помощи, жизненно важно, чтобы они функционировали нормально.

До появления морозильников и холодильников единственным способом предохранения продуктов от размножения в них микроорганизмов было хранение их внутри раствора, содержащего высокую концентрацию соли или уксуса, которые денатурировали ферменты микроорганизмов и предотвращали их рост.

Большинство ферментов функционирует в очень узком диапазоне условий окружающей среды. У каждого энзима этот диапазон специфичен. Ферменты крови, которые работают при рН около 7,4, быстро денатурируют в кислой среде желудка. И наоборот, протеолитические ферменты желудка, работающие при рН=2 или менее, разбираются в основной среде крови. Аналогично у организмов, живущих вблизи океанических гидротермальных источников, есть ферменты, которые хорошо работают только в экстремальных температурах (до 100°С). Эти организмы не могут выжить в более прохладных водах, потому что их энзимы не функционируют должным образом при относительно низких температурах.

Если нормальные показатели окружающего раствора восстанавливаются, небольшой белок, не потерявший первичной структуры, может восстановиться. Этот процесс называется ренатурацией, он происходит благодаря взаимодействию неполярных аминокислот и воды. Первоначально этот процесс был установлен для энзима рибонуклеазы, его ренатурация привела к выводу, что первичная структура определяет третичную структуру белка. Более сложные белки редко складываются вновь из-за их сложной окончательной структуры. Их денатурация носит необратимый характер.

Важно отличать денатурацию от диссоциации. Субъединицы белков с четвертичной структурой могут быть диссоциированы (разделены) без потери своей индивидуальной третичной структуры. Например, молекула гемоглобина может диссоциировать на 4 молекулы (2 α-глобина и 2 β-глобина) без денатурации свёрнутых глобиновых белков. Они легко восстанавливают свою четвертичную структуру из четырёх субъединиц.

 

 

Вам будет интересно

функции, синтез, строение, свойства, продукты богатые белком, виды, состав и норма в день

Содержание статьи:

  1. Что такое белок
  2. Виды белков
  3. Синтез белка
  4. Состав белков
  5. Свойства
  6. Функции белков
  7. Строение
  8. Переваривание белков
  9. Обмен белков в организме
  10. Продукты богатые белком
  11. Норма в день для организма
  12. Усваиваемость белка
  13. Вред белков

Белки – это важные компоненты, которые имеют большое значение для нормальной работы организма. Источниками этих веществ являются животные и растительные продукты. Чтобы белковые элементы полноценно усваивались организмом, необходимо правильно употреблять их.

Белки (белок)

Что такое белок

Белок - это органическое соединение, которое включает альфа-аминокислоты. Они соединяются в цепь пептидной связью. В живых организмах белковый состав определяется генетическим кодом. В процессе выработки этих веществ обычно принимает участие 20 аминокислот. Их сочетания создают белковые молекулы, которые отличатся своими свойствами.

Виды белков

Виды белков

Виды белков бывают следующие:

  1. Белки куриных яиц. Они усваиваются лучше всего и считаются эталонными. Всем известно, что яйца включают белок, который почти на 100 % состоит из альбумина, и желток.
  2. Казеин. При попадании в желудок вещество превращается в сгусток, который долгое время переваривается. Это обеспечивает невысокую скорость расщепления белка, что провоцирует стабильное снабжение организма аминокислотами.
  3. Белки молочной сыворотки. Такие компоненты расщепляются быстрее всего. Уровень аминокислот и пептидов в крови увеличивается уже в течение 1 часа после употребления таких продуктов. При этом кислотообразующая функция желудка остается неизменной.
  4. Соевые белки. Такие вещества имеют сбалансированный состав важных аминокислот. После употребления подобных продуктов снижается содержание холестерина. Потому такую пищу стоит есть людям с лишним весом. При этом главным минусом соевых белков считается наличие ингибитора пищеварительного фермента трипсина.
  5. Растительные белки. Такие вещества усваиваются человеческим организмом достаточно плохо. Их клетки обладают толстыми оболочками, которые не поддаются влиянию пищеварительного сока. Также проблемы с усвоением обусловлены наличием ингибиторов пищеварительных ферментов в отдельных растениях.
  6. Рыбный белок. Изолят рыбного белка достаточно медленно расщепляется до состояния аминокислот.

Синтез белка

Синтез белка

Синтез белка осуществляется в особых частицах – рибосомах.

Этот процесс происходит в несколько стадий:

  • активация аминокислот;
  • инициация белковой цепи;
  • элонгация;
  • терминация;
  • сворачивание и процессинг.

Состав белков

Состав белков

Состав белков представляет собой линейные полимеры, которые включают остатки α-L-аминокислот. Также в белковых молекулах могут присутствовать модифицированные аминокислотные остатки и составляющие неаминокислотной природы.

Аминокислоты обозначают сокращениями, включающими 1 или 3 буквы. Белки, которые имеют длину от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков, называют пептидами. Если наблюдается высокая степень полимеризации, их именуют белками. Однако такое деление считается достаточно условным.

Свойства белков

Свойства белков

Для белков характерны следующие свойства:

  1. Различная растворимость в воде. Белковые элементы, которые растворяются, приводят к формированию коллоидных растворов.
  2. Гидролиз. Под влиянием ферментов или растворов минеральных кислот разрушается первичное строение белка и формируется смесь аминокислот.
  3. Денатурация. Под этим термином понимают частичное или полное разрушение структуры белковой молекулы. Этот процесс может происходить под воздействием разных факторов – повышенных температур, растворов солей тяжелых металлов, кислот или щелочей, радиоактивного излучения, отдельных органических веществ.

Функции белков

 Рассмотрим детальнее ряд важных функций белков:

  1. Строительная. Такие вещества принимают участие в формировании клеток и внеклеточных элементов. Они присутствуют в составе мембранклеток, сухожилий, волос.
  2. Транспортная. Белковый компонент крови, который называется гемоглобином, присоединяет кислород и распространяет его в разные ткани и органы. После чего обратно переносит углекислый газ.
  3. Регуляторная. Гормоны белкового характера участвуют в обменных процессах. Инсулин отвечает за регуляцию содержания глюкозы в крови, обеспечивает выработку гликогена, повышает трансформацию углеводов в жиры.
  4. Защитная. При попадании в организм инородных объектов или микроорганизмов вырабатываются особенные белки – антитела. Они помогают связать и нейтрализовать антигены. Фибрин, который вырабатывается из фибриногена, останавливает кровотечения.
  5. Двигательная. Существуют особые сократительные белковые элементы. К ним относят актин и миозин. Эти веществаобеспечивают сокращение мышечных тканей.
  6. Сигнальная. В поверхностной клеточной мембране присутствуют белковые молекулы, которые могут менять третичную структуру под влиянием внешних факторов. Это помогает принимать сигналы извне и передавать в клетку команды.
  7. Запасающая. У животных белковые вещества обычно не запасаются. К исключениям относят яичный альбумин и казеин, который присутствует в молоке. При этом белки способствуют скоплению определенных веществ. Распад гемоглобина приводит к тому, что железо не выводится, а сохраняется. Благодаря этому формируется комплекс с ферритином.
  8. Энергетическая. Распад 1 г белка сопровождается синтезом 17,6 кДж энергии. Вначале белковые элементы распадаются до аминокислот, а затем – до конечных продуктов. В результате вырабатывается вода, аммиак и углекислый газ. При этом белки применяются в качестве источника энергии лишь в том случае, если остальные – израсходованы.
  9. Каталитическая. Это одна из наиболее важных функций белковых элементов. За нее отвечают ферменты, которые активизируют биохимические процессы в клеточных структурах.

Строение белков

Строение белков

Среди органических веществ белки, которые называются биополимерами, считаются самыми многочисленными. Они отличаются разнообразием. На долю этих веществ приходится 50-80 % сухой массы клетки.

Белковые молекулы отличаются большими размерами. Потому их нередко именуют макромолекулами. В строение белков входят углерод, водород, азот, кислород. Помимо этого, в них могут присутствовать сера, железо, фосфор.

Белки отличаются числом – от 100 до нескольких тысяч, составом, последовательностью мономеров. В качестве мономеров выступают аминокислоты.

Переваривание белков

Переваривание белков

Белки усваиваются в желудке и тонком кишечнике. Процесс переваривания представляет собой гидролитическое расщепление белков до аминокислот.

Он имеет определенные особенности:

  • протеолитические ферменты продуцируются в неактивном состоянии;
  • активирование наблюдается в просвете пищеварительного тракта за счет частичного протеолиза;
  • протеазы пищеварительного тракта характеризуются субстратной специфичностью – они могут относиться к эндопептидам или экзопептидазам.

Основным ферментом желудка, который расщепляет белки, считается пепси. Он синтезируется в неактивном состоянии и представляет собой профермент пепсиноген. Под воздействием соляной кислоты наблюдается частичный протеолиз пепсиногена. В результате появляется активная форма – пепсин.

Обмен белков в организме

Обмен белков в организме

Обмен белков в организме значительно сложнее, чем метаболизм липидов или углеводов. Жирные кислоты попадают в клетки почти в исходном виде, а углеводы – служат источником энергии. При этом основной строитель мышц претерпевает немало изменений в организме. На отдельных этапах белок преобразуется в углеводы. Как следствие, вырабатывается энергия.

Существует несколько этапов белкового обмена, для каждого из которых характерны определенные особенности:

  1. Попадание белков в организм. Под действием слюны происходит расщепление связей гликогена. Как следствие, формируется глюкоза, доступная для усвоения. Оставшиеся ферменты запечатываются. На этой стадии белки, которые присутствуют в продуктах, распадаютсяна отдельные элементы.Впоследствии они будут перевариваться.
  2. Переваривание. Под действием панкреатина и остальных ферментов наблюдается последующая денатурация до белков первого порядка. Организм способен получать аминокислоты исключительно из простейших белковых цепей. Для этого он вырабатывает кислоту. Это облегчает расщепление веществ.
  3. Расщепление на аминокислоты. Под действием клеток слизистых оболочек кишечника денатурированные белки попадают в кровь. Простой белок преобразуется организмом в аминокислоты.
  4. Расщепление до энергии. Под действием большого количества заменителей инсулина и ферментов для усваивания углеводов белок трансформируется в глюкозу. При нехватке энергии организм не выполняет денатурацию белка, а сразуегорасщепляет. В результате вырабатывается чистая энергия.
  5. Перераспределение аминокислот. Белковые элементы циркулируют в системном кровотоке и под действием инсулина попадают во все клетки. Как следствие, образуются требуемые аминокислотные связи. По мере распространения белков по организму происходит восстановление фрагментов мышечных элементов и структур, которые связаны со стимуляцией выработки, работой мозга, дальнейшей ферментацией.
  6. Образование новых белковых структур. Аминокислоты связываются с микроразрывами в мышцах и приводят к созданию новых тканей. Как следствие, наблюдается гипертрофия мышц. Аминокислоты в требуемом составе трансформируются в мышечно-белковую ткань.
  7. Обмен белков. При избытке таких структур под влиянием инсулина они снова проникают в систему кровообращения. Это приводит к формированию новых структур. При существенном напряжении в мышцах, длительном голодании или в период заболевания организм использует белки для компенсации недостатка аминокислот в остальных тканях.
  8. Перемещение липидных структур. Белки, которые соединяются в фермент липазу, способствуют перемещению и перевариванию с желчью полинасыщенных жирных кислот. Эти элементы принимают участие в перемещении жиров и выработке холестерина. С учетом состава аминокислот белки могут синтезироваться в полезный или вредный холестерин.
  9. Выведение окисленных продуктов. Использованные аминокислоты покидают организм с продуктами обмена. Мышцы, которые повреждаются вследствие нагрузок, тоже выводятся из организма.

Продукты богатые белком

Продукты богатые белком

Существует довольно много источников таких элементов. Животные продукты богатые белком, бывают следующие:

  1. Куриное мясо. 100 г продукта включает около 20 г белков. При этом такое мясо почти не содержит жира. Это актуально для людей, которые контролируют свой вес или занимаются спортом.
  2. Рыба. Самыми ценными источниками белка считаются тунец и лосось. Помимо этого, в продуктах имеются ценные кислоты омега-3, которые обеспечивают стабилизацию функций сердца и улучшают настроение.
  3. Свинина. В зависимости от жирности мяса в 100 г продукта может присутствовать 11-16 г белков. Также свинина включает витамины группы В.
  4. Яйца. В 1 яйце присутствует 6 г белка. Также продукт включает витамин В12 и холин.
  5. Говядина. На 100 г продукта приходится 19 г белков. Также говядина включает железо, карнитин и креатин

К растительным источникам белков стоит отнести следующее:

  1. Бобовые. Эти продукты включают большое количество белков. 100 г гороха содержит 23 г этих компонентов, а в сое присутствует 34 г белков.
  2. Орехи. Они представляют собой ценные источники белков и включают ненасыщенные жирные кислоты.
  3. Грибы. Эти продукты включают 2-5 % белков от общего количества. При этом есть сведения, что пищевые компоненты из грибов усваиваются с большим трудом.
  4. Гречка. В 100 г продукта присутствует 13 г белков. В гречке нет глютена, потому она вызывает аллергических реакций. При этом крупа включает фитонутриенты, которые сказываются на выработке инсулина и восстанавливают метаболизм.

Норма белка в день для организма

Норма белка в день для организма

Норма белка в день для организма взрослого человека составляет минимум 50 г в чистом виде, что соответствует 150 г белого мяса или рыбы. Люди, которые активно занимаются спортом и нацелены на развитие мышечных тканей, должны употреблять большее количество белков.

Для профилактики распада мышечной ткани женщины должны употреблять минимум 1 г белка на 1 кг веса. Однако оптимальным количеством считается 2 г. Для мужчин этот параметр увеличивается до 3 г. Это означает, что представитель сильного пола весом 90 кг должен съедать в день 270 г чистого белка.

Усваиваемость белка

Усваиваемость белка

При употреблении таких веществ, стоит помнить о чувстве меры. Избыточное количество белков представляет определенную опасность. Они с трудом перевариваются и могут вызвать нарушения пищеварительных функций.

Проблемы с усвоением белков могут возникать в следующих ситуациях:

  1. Избыточное количество белка за 1 прием пищи. За 1 прием организм не может усвоить больше 35 г белков. Помимо этого, избыток таких веществ отрицательно влияет на пищеварительные функции. Организм не способен переварить большое количество протеинов. Как следствие, неусвоенная часть начинает гнить в пищеварительных органах. Это провоцирует запоры, увеличение ацетона и нарушения в работе поджелудочной железы.
  2. Систематическое переедание. Диетологи советуют придерживаться принципов дробного питания – 4-5 раз в день. Это помогает лучше переваривать пищу, в том числе и белки.
  3. Употребление большого количества трудноперевариваемых белков. Протеины могут усваиваться в разном объеме. Есть белки, которые легко перевариваются. Однако существуют и трудноперевариваемые продукты. Эталоном белковой пищи считаются куриные яйца. Также к легким белкам относят нежирные кисломолочные продукты, куриное филе, кролика.
  4. Исключение жиров. Безусловно, жирные продукты содержат большое количество калорий и с трудом усваиваются. Однако полностью отказываться от них не следует. Это чревато гормональными нарушениями, ухудшением состояния волос и кожи. Также исключение жиров провоцирует нарушение процесса переваривания белков. Чтобы обеспечить эффективную работу печени и выведение продуктов синтеза белка, стоит включать в рацион желчегонные жиры. Они присутствуют в оливковом и кунжутном маслах.
  5. Дефицит жидкости. Нарушение питьевого режима провоцирует разные проблемы, включая ухудшение усвоения белка. В сутки человек должен пить 30-40 мл воды на 1 кг массы тела. В жаркую погоду или при серьезных физических нагрузках норма дополнительно повышается на 500-800 мл.
  6. Неправильные дополнения к белкам. Чтобы протеины усваивались максимально хорошо, их рекомендуется сочетать с овощами. В такой пище присутствуют ферменты и клетчатка. Это облегчает переваривание белков.

Вред белков

Вред белков

Нарушения белкового обмена представляют большой вред для организма. Эти вещества принимают участие почти во всех физиологических процессах. При нарушении обмена белков есть риск развития опасных нарушений.

При этом для здоровых людей белки представляют опасность лишь при избыточном потреблении в течение долгого периода времени. При соблюдении белковых диет, которые базируются на употреблении большого количества протеинов, нужно помнить о чувстве меры. Такие системы питания должны быть кратковременными и плавными.

Избыточное количество белков в рационе провоцирует поражение почек и печени. Это связано со сложным процессом выведения веществ. В этом случае вырабатываются кетоновые тела, которые провоцируют отравление организма.

При некоторых патологиях есть противопоказания к употреблению белков. К ним относят подагру, недостаточность почек и печени, хроническую форму панкреатита.

Белки представляют собой ценные вещества, которые принимают участие во всех физиологических процессах. Потому каждый человек должен употреблять достаточное количество протеинов. При этом необходимо помнить о чувстве меры и соблюдать рекомендации врачей.

Структурная организация белков — Студопедия

Принято выделять четыре уровня структурной организации белков, которые обозначаются как первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белков.

Первичная структура - последовательность соединения аминокислот в полипептидной цепи. В белковой молекуле при чередовании жестких (пептидная связь) и гибких (α -углеродный атом) участков формируется компактная укладка цепи в пространстве.

Впервые первичная структура изучена в 1954 году Сенджером для гормона инсулина. Изучение первичной структуры представляет сложный процесс и включает два основных этапа: изучение аминокислотного состава и изучение последовательности соединения аминокислот в полипептидной цепи.

1. Изучение аминокислотного состава белка осуществляется путём его гидролиза до аминокислот. Для разрыва прочных пептидных связей между аминокислотами используют кислотный, щелочной и ферментативный гидролиз белка. Кислотный гидролиз осуществляется кипячением раствора белка в течение 16-92 часов, при температуре 1100 с 6-нормальным раствором кислоты. Щелочной гидролиз производится кипячением раствора белка в течение 4 – 8 часов, при 1100 с 2-4 нормальным раствором NaOH. Ферментативный гидролиз происходит при участии ферментов протеиназ (пептидаз): трипсин, пепсин. В отличие от кислотного и ферментативного гидролиза ферментативный гидролиз (протеолиз) наиболее специфичен, при нём ферменты расщепляют только определённые связи в белках. Окончание процесса гидролиза оценивают по двум признакам: а) отсутствие положительной биуретовой реакции на пептидные связи и б) окончание прироста концентрации аминогрупп и карбоксильных групп в гидролизате. Динамику прироста аминогрупп и карбоксильных групп определяют методом формольного титрования, связывая формальдегидом аминогруппы аминокислот, освобождающихся при гидролизе белка. Образовавшиеся при гидролизе аминокислоты идентифицируют методом хроматографического анализа, основанном на разных физико-химических свойствах аминокислот.


2. Исследование последовательности аминокислот в составе белка, в свою очередь, проводится различными методами. Белки с высокой молекулярной массой предварительно подвергаются частичному ферментативному гидролизу до коротких пептидов. Затем в полученных коротких пептидах определяются последовательно более доступные для исследования концевые аминокислоты, находящиеся или на N-конце, или на С-конце пептида.


С целью узнавания С - и N -концевых аминокислот применяются ферментативные методы. Ферменты аминопептидазы отщепляют от пептида N - концевую аминокислоту, которая определяется хроматографически Ферменты карбоксипептидазы, отщепляют от белка С - концевую аминокислоту. 

Кроме ферментативных используются химические методы распознавания концевых аминокислот

А) методы исследования N- концевых аминокислот заключаются в присоединении к N -концевой аминокислоте какой - то «химической метки» связью, более прочной, чем пептидная связь. При последующем гидролизе N- концевая аминокислота оказывается связанной с каким-либо химическим веществом. - меткой. С этой целью используют реактив Сенджера - динитрофторбензол С6Н5(NO2)2F. Этот метод неудобен, так как он предполагает одноразовое использование. В связи с этим чаще используют реактив Эдмана - фенилизотиоцианатнат С6Н5-N(S)=C. Одновременно с присоединением фенилизотиоцианата к N –концевой аминокислоте происходит образование циклического продукта и ослабление связи N-концевой аминокислоты с полипептидной цепью. С помощью последующего мягкого гидролиза осуществляется отщепление меченой N-концевой аминокислоты с сохранением остальной части белковой молекулы. Вторая аминокислота с N-конца в результате становится концевой и распознается повторным применением реактива.

Б) Методы распознавания С - концевой аминокислоты.

Метод Акобори заключается в использовании фенилгидразина. Фенилгидразин разрывает пептидные связи в белке и присоединяется ко всем аминокислотам, кроме C-концевой. Последующий хроматографический анализ позволяет распознать С - концевую аминокислоту в составе белка.

Исследование первичной структуры имеет важное общебиологическое и медицинское значение:

  1. первичная структура является определяющей для последующих структур белка.
  2. знание первичной структуры белка необходимо для искусственного синтеза белков.
  3. первичная структура определяет видовую специфичность, например, в белке инсулине, обычно в середине молекулы у различных видов животных и человека происходит замена, как правило, 3-х равноценных аминокислот.
  4. изменения в первичной структуре могут приводить ко многим болезням, например, к серповидно клеточной анемии, при которой в гемоглобине в β - цепи в 6 положении глютаминовая кислот заменяется на валин. Эта замена на неравноценную аминокислоту приводит к нарушению функции гемоглобина и появлению серповидной формы эритроцитов.

Вторичная структура -регулярно повторяющаяся форма укладки полипептидной цепи в пространстве. Чаще всего в белках встречается 2 вида вторичной структуры: α - спираль и β - структура.

α - спираль в 1951 году изучена Л. Полингом с помощью рентгеноструктурного метода. Она представляет собой правозакрученную спиральную структуру, в одном витке которой укладывается 3,6 аминокислоты. Шаг спирали (расстояние между соседними витками) составляет 0,54 н.м. α - спираль фиксируется водородными связями, которые замыкаются между пептидными связями, образованными каждой 4-ой аминокислотой. Вторичная α - структура укладывается самопроизвольно и определяется первичной структурой белка. Доля участков, уложенных в спиральную структуру, в различных белках различна. Например, в гемоглобине, миоглобине преобладает α - структурная укладка, которая в 4 раза уменьшает размеры белковой молекулы.

β –структура имеет вид «гармошки» и стабилизируется водородными связями между удалёнными участками одной полипептидной цепи или между несколькими белковыми молекулами. Выделяют параллельные β – структуры, в которых N и С-концы соответствуют друг другу, и антипараллельные структуры. Примером белков, преимущественно содержащих β – структуры, являются иммуноглобулины.

 

Вторичную структуру изучают методами рентгеноструктурного анализа, исследованием поглощения белком ультрафиолетовых лучей (чем больше доля α – структур, тем больше поглощение).

Вторичная структура разрушается при денатурации.

Третичная структура - специфическая для каждого белка форма укладки полипептидной цепи в пространстве. Данная структура формируется самопроизвольно и определяется первичной структурой. Третичная структура значительно, в десятки увеличивает компактность белка. В формировании третичной структуры участвуют нековалентные связи (гидрофобные, ионные) и ковалентные (дисульфидные) связи.

Третичная структура определяет биологическую активность и физико-химические свойства белков. При нарушении третичной структуры белок утрачивает свою биологическую активность.

Методами изучения третичной структуры являются рентгеноструктурный анализ и определение химической активности отдельных радикалов аминокислот в белке. Третичная структура белка миоглобина впервые была изучена Дж. Кендрью (1957 г.). М. Перутцем (1959 г.) была изучена структура гемоглобина.

В третичную структуру белков входят α - спиральные, β - складчатые структуры, β- петли (в них полипептидная цепь изгибается на 1800) и, так называемый, неупорядоченный клубок. Например, в белке инсулине содержится 57% α - спиральных участков, 6% β- складчатых структур, 10% молекулы уложены в виде β - петлей и 27% молекулы представляют неупорядоченный клубок.

Совокупность первичной, вторичной, третичной составляет конформацию белковой молекулы. Прижизненная (нативная) конформация формируется самопроизвольно и её образование носит название фолдинг. Конформация белков очень неустойчива и формируется при участии особых белков – шаперонов (компаньонов). Шапероны способны связываться с частично денатурированными, находящимися в неустойчивом состоянии белками, и восстанавливать их нативную конформацию. Шапероны классифицируют по молекулярной массе (60 – 100 кд.). Наиболее изучены Ш-60, Ш-70 и Ш-90. Например, Ш-70 взаимодействуют с белками, богатыми гидрофобными радикалами, защищают их от высокотемпературной денатурации. В целом шапероны экранируют основные белки организма, препятствуют денатурации и способствуют формировании конформации, облегчают транспорт денатурированных белков в лизосомы, участвуют в процессе синтеза белков.

По конформации все белки делятся на три группы:

  • фибриллярные белки: коллаген, эластин, фиброин.
  • Глобулярные белки: гемоглобин, альбумин, глобулин.
  • Смешанные белки: миозин.

Третичная структура присуща всем белкам. Четвертичную структуру имеют только олигомерные белки, в составе которых имеется несколько субъединиц, протомеров. Протомером считается отдельная полипептидная цепь, субъединицей – функционально активная часть олигомерного белка. Субъединица может содержать или один протомер, или несколько.

Четвертичная структура - количество и взаимное расположение субъединиц в олигомерных белках. Четвертичную структуру имеют только олигомерные белки, в составе которых имеется несколько субъединиц, протомеров. Протомером считается отдельная полипептидная цепь, субъединицей – функционально активная часть олигомерного белка. Субъединица может содержать один протомер или несколько протомеров.

В формировании четвертичной структуры участвуют непрочные нековалентные связи (гидрофобные, ионные, водородные). Четвертичная структура белков формируются самопроизвольно и легко разрываются при денатурации. Отдельные субъединицы в олигомером белке взаимодействуют друг с другом, что приводит к изменению третичной структуры отдельных протомеров. Это явление называется кооперативными изменениями конформации протомеров и сопровождается, как правило, повышением активности белка.

Олигомерные белки имеют ряд особенностей в сравнении с мономерными белками.

  • Имеют очень компактную укладку и относительно небольшая поверхность раздела, поэтому, располагаясь внутриклеточно, они связывают меньше воды
  • Активность их регулируется в организме. Протомеры, как правило, неактивны, а олигомерные белки значительно активнее.
  • Если в синтезе олигомерного белка участвуют однотипные протомеры, это экономит генетический материал (на коротком участке ДНК «штампуется» несколько одинаковых протомеров)
  • Они функционально более приспособлены для условий организма.

Функциональность олигомерных белков иллюстрируется при сравнении белков гемоглобина и миоглобина, участвующих в переносе кислорода в ткани. Гемоглобин эритроцитов - олигомерный белок, включает 4 полипептидные цепи. Миоглобин мышц – мономерный белок, включает 1 полипептидную цепь. Кривая насыщения кислородом у миоглобина свидетельствует о прямой зависимости её от концентрации кислорода. Для гемоглобина кривая насыщения кислородом носит S-образный характер. Это связано с постепенным последовательным изменением структуры (конформации) каждого из 4-х протомеров в составе гемоглобина, в результате которого резко возрастает сродство гемоглобина к кислороду. Такой характер насыщения гемоглобина кислородом резко повышает его кислородную ёмкость по сравнению с миоглобином.

Особое положение среди белков занимают доменные белки.

Домены – структурно и функционально обособленные участки одной полипептидной цепи. Домены могут отвечать за взаимодействие белка с различными веществами - лигандами (низкомолекулярные вещества, ДНК, РНК, полисахариды и др.) Примерами доменных белков служат альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, некоторые ферменты (трипсин поджелудочной железы).

В силу высокой избирательности белков они могут объединяться в комплексы, которые чаще всего называются полиферментные комплексы – это структурные объединения нескольких ферментов, катализирующих отдельные стадии сложного химического процесса. Пример: пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) комплекс трех видов ферментов, катализирующий окисление пировиноградной кислоты (ПВК).

Возможно специфическое соединение не только отдельных белков, но и белков с липидами (жирами) при образовании клеточных мембран, белков с нуклеиновыми кислотами при формировании хроматина.

Физико-химические свойства белков.

Физико- химические свойства белков во многом определяются конформацией белковой молекулы (первичная – третичная структура белка). Физико- химические свойства белков проявляются в растворах.

Растворимость белков у различных белков различна.

В целом растворимость белков высока, но различна для разных видов белков. На неё влияют следующие факторы:

  • форма белковой молекулы (глобулярные белки растворимы лучше, чем фибриллярные белки)
  • характер радикала аминокислоты белка, соотношение полярных неполярных радикалов (чем больше в составе белка полярных гидрофильных радикалов, тем лучше его растворимость)
  • свойства растворителя, присутствие солей. Невысокая концентрация солей (KCL, NaCl) иногда повышает растворимость белков. Например, альбумины лучше растворимы в чистой дистиллированной воде, глобулины растворяются только в присутствии 10% солей (KCL, NaCl). Белки соединительной ткани коллаген и эластин не растворимы ни в воде, ни в солевых растворах.

Молекулярная масса белков достаточно велика, находится в пределах от 6000 д. до 1000000 д. Например, молекулярная масса гемоглобина – 68000 д., альбумина - 100 000 д., рибонуклеазы – около 14 000 д., миозина – 500 000 д.

Методы определения молярной массы белков должны быть щадящими, не разрушать белковых молекул. Например, к белкам не применим эбулиоскопический метод, основанный на измерении температуры кипения растворов. Наиболее точными методами определения молекулярной массы белков являются метод ультрацентрифугирования и рентгеноструктурный метод.

Метод ультрацентрифугирования (седиментации) основан на изменении скорости осаждения белков различной молекулярной массы при вращении белковых растворов с большой скоростью. Молекулярная масса белков, найденная этим методом, обозначается единицей Сведберга (S=10-13c.)

Рентгеноструктурный метод позволяет рассчитать молекулярную массу путём анализа многочисленных рентгеновских снимков молекулы белка.

Электрофоретический метод основан на зависимости скорости передвижения белков в постоянном электрическом поле от молекулярной массы белка (электрофоретическая подвижность выше у белков с меньшей молекулярной массой)

Хроматографический метод основан на различной скорости прохождения различных белков через молекулярные гелевые «сита».

Крупные молекулы, превышающие размеры пор геля, проходят через гель быстрее, чем более мелкие молекулы белка, которые задерживаются внутри зёрен геля.

Электронномикроскопический метод проводится путём сравнения размеров белковой молекулы с эталонными образцами известной массы.

Химические методы связаны с особенностями химического состава белков

Форма белковых молекул различна. Белковые молекулы по форме могут быть фибриллярными и глобулярными. Фибриллярные белки имеют нитевидную форму молекулы. Они, как правило, не растворимы в воде и в разбавленных солевых растворах. К фибриллярным белкам относятся основные структурные белки соединительной ткани: коллаген, кератин, эластин. У глобулярных белков полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные сферические структуры. Большинство глобулярных белков хорошо растворяются в воде и слабых солевых растворах. К глобулярным белкам относятся ферменты, антитела, альбумины, гемоглобин. Некоторые белки имеют промежуточный вид молекулы, содержат в своём составе и нитевидные, и шаровидные участки. Примером таких белков служит белок мышц миозин, растворимый в солевых растворах.

Размеры белковых молекул находятся в интервале от 1 до 100 нм, близком к размерам коллоидных частиц. В силу этого белковые растворы обладают свойствами, как истинных растворов, так и коллоидных растворов.

Многие молекулярно- кинетические свойства белковых растворов сходны со свойствами коллоидных растворов.

  • Медленная скорость диффузии белков, необходимой для их обмена.
  • Невозможность прохождения белков через полупроницаемые мембраны. В отсеках с высокой концентрацией белка создаётся избыточное гидростатическое давление, обусловленное односторонним перемещением молекул воды через полупроницаемую мембрану в сторону высокой концентрации белка. Избыточное давление, создаваемое белками, называется онкотическим давлением. Оно является важным фактором, определяющим передвижение воды между тканями, кровью, кишечником.
  • Высокая вязкость белков обусловлена различными межмолекулярными взаимодействиями крупных белковых молекул. Повышенная вязкость крови, в частности, повышает нагрузку на сердечную мышцу.
  • Некоторые белки способны образовывать гели, что увеличивает прочность белков (например, коллаген).

Оптические свойства белков определяются размерами белковых молекул, структурой радикалов аминокислот в белках, наличием пептидных связей и альфа-спиральных участков в белках.

  • Белковые растворы обладают эффектом светопреломления (рефракции) и светорассеивания. Эти свойства обусловлены большими размерами белковых молекул, соизмеримыми с длиной волны видимой части спектра.. При этом короткие синие лучи рассеиваются в большей степени, чем более длинноволновые красные лучи. Степень рефракции пропорциональна концентрации белкового раствора.
  • Белковые растворы поглощают ультрафиолетовые лучи в диапазоне 190-230 нм за счёт присутствия пептидных связей и в диапазоне 260-280 нм за счёт присутствия в белках циклических аминокислот. Степень поглощения УФЛ пропорциональна концентрации белка в растворе.
  • Белковые растворы способны вращать плоскость поляризованного света, что обусловлено оптической активностью содержащихся в белке аминокислот и наличием в нём альфа-спиральных участков. Существует прямая зависимость между поляризаций света и концентрацией белков в растворе.

Белки, являясь молекулярными растворами, обладают свойствами истинных растворов. Будучи истинными растворами, белковые растворы отличаются высокой устойчивостью.

Белковая структура - Protein structure

Трехмерное расположение атомов в молекуле аминокислотной цепи

Структура белка - это трехмерное расположение атомов в молекуле аминокислотной цепи . Белки - это полимеры, в  частности полипептиды,  образованные из последовательностей аминокислот , мономеров полимера. Мономер одной аминокислоты также можно назвать остатком, указывающим на повторяющееся звено полимера. Белки образуются из аминокислот, подвергающихся реакциям конденсации , в которых аминокислоты теряют одну молекулу воды за реакцию , чтобы присоединиться друг к другу с помощью пептидной связи . По соглашению, цепь из 30 аминокислот часто идентифицируется как пептид , а не как белок. Чтобы иметь возможность выполнять свою биологическую функцию, белки складываются в одну или несколько конкретных пространственных конформаций, управляемых рядом нековалентных взаимодействий, таких как водородные связи , ионные взаимодействия , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобная упаковка. Чтобы понять функции белков на молекулярном уровне, часто необходимо определить их трехмерную структуру. Это тема научной области структурной биологии , в которой для определения структуры белков используются такие методы, как рентгеновская кристаллография , ЯМР-спектроскопия , крио-электронная микроскопия (крио-ЭМ) и интерферометрия с двойной поляризацией .

Белковые структуры имеют размер от десятков до нескольких тысяч аминокислот. По физическому размеру белки классифицируются как наночастицы размером от 1 до 100 нм. Очень большие агрегаты могут быть образованы из белковых субъединиц . Например, многие тысячи молекул актина собираются в микрофиламент .

Белок обычно претерпевает обратимые структурные изменения при выполнении своей биологической функции. Альтернативные структуры одного и того же белка называются разными конформационными изомерами или просто конформациями, а переходы между ними называются конформационными изменениями .

Уровни структуры белка

Есть четыре различных уровня структуры белка.

Четыре белковые структуры

Первичная структура

Первичная структура белка относится к последовательности аминокислот в полипептидной цепи. Первичная структура удерживается вместе пептидными связями, которые образуются в процессе биосинтеза белка . Два конца полипептидной цепи называются карбоксильным концом (С-конец) и аминным концом (N-концом) в зависимости от природы свободной группы на каждом конце. Подсчет остатков всегда начинается с N-конца (NH 2 -группа), то есть с конца, где аминогруппа не участвует в пептидной связи. Первичная структура белка определяется геном, соответствующим белку. Конкретная последовательность нуклеотидов в ДНК является транскрибируется в мРНК , которая считывается рибосомой в процессе , называемом переводом . Последовательность аминокислот в инсулине была открыта Фредериком Сэнгером , установив, что белки имеют определяющие аминокислотные последовательности. Последовательность белка уникальна для этого белка и определяет структуру и функцию белка. Последовательность белка можно определить такими методами, как деградация по Эдману или тандемная масс-спектрометрия . Однако часто он считывается непосредственно из последовательности гена с использованием генетического кода . При обсуждении белков строго рекомендуется использовать слова «аминокислотные остатки», потому что при образовании пептидной связи молекула воды теряется, и поэтому белки состоят из аминокислотных остатков. Посттрансляционные модификации, такие как фосфорилирование и гликозилирование , обычно также считаются частью первичной структуры и не могут быть прочитаны с гена. Например, инсулин состоит из 51 аминокислоты в 2 цепях. Одна цепь состоит из 31 аминокислоты, а другая - из 20 аминокислот.

Вторичная структура

Α-спираль с водородными связями (желтые точки)

Вторичная структура относится к очень регулярным локальным субструктурам на фактической основной цепи полипептида. Два основных типа вторичной структуры, α-спираль и β-цепь или β-листы , были предложены в 1951 году Linus Pauling et al. Эти вторичные структуры определяются типом водородных связей между пептидными группами основной цепи. Они имеют правильную геометрию и ограничиваются конкретными значениями двугранных углов ψ и φ на графике Рамачандрана . Как α-спираль, так и β-лист представляют собой способ насыщения всех доноров и акцепторов водородных связей в основной цепи пептида. Некоторые части белка упорядочены, но не образуют регулярных структур. Их не следует путать со случайной спиралью , развернутой полипептидной цепью, лишенной какой-либо фиксированной трехмерной структуры. Несколько последовательных вторичных структур могут образовывать « супервторичный блок ».

Третичная структура

Третичная структура относится к трехмерной структуре мономерных и мультимерных белковых молекул. Α-спирали и β-складчатые листы складываются в компактную глобулярную структуру . Сворачивание происходит за счет неспецифических гидрофобных взаимодействий , захоронения гидрофобных остатков из воды , но структура остается стабильной только тогда, когда части белкового домена фиксируются на месте за счет специфических третичных взаимодействий, таких как солевые мостики , водородные связи, и плотная упаковка боковых цепей и дисульфидных связей . Дисульфидные связи в цитозольных белках встречаются крайне редко, поскольку цитозоль (внутриклеточная жидкость) обычно является восстановительной средой.

Четвертичная структура

Четвертичная структура - это трехмерная структура, состоящая из агрегации двух или более отдельных полипептидных цепей (субъединиц), которые действуют как единая функциональная единица ( мультимер ). Полученный мультимер стабилизируется теми же нековалентными взаимодействиями и дисульфидными связями, что и в третичной структуре. Есть много возможных организаций четвертичной структуры. Комплексы из двух или более полипептидов (т.е. множества субъединиц) называют мультимерами . В частности, он будет называться димером, если он содержит две субъединицы, тример, если он содержит три субъединицы, тетрамер, если он содержит четыре субъединицы, и пентамер, если он содержит пять субъединиц. Субъединицы часто связаны друг с другом операциями симметрии , такими как 2-кратная ось в димере. Мультимеры, состоящие из идентичных субъединиц, обозначаются префиксом «гомо-», а мультимеры, состоящие из разных субъединиц, обозначаются префиксом «гетеро-», например, гетеротетрамер, такой как два альфа и два бета. цепочки гемоглобина .

Домены, мотивы и складки в структуре белка

Белки часто описываются как состоящие из нескольких структурных единиц. Эти единицы включают домены, мотивы и складки. Несмотря на то, что в эукариотических системах экспрессируется около 100 000 различных белков , существует гораздо меньше различных доменов, структурных мотивов и складок.

Структурная область

Структурный домен является элементом общей структуры белка , что сам собой стабилизирующим и часто складки независимо от остальной части белковой цепи. Многие домены не являются уникальными для белковых продуктов одного гена или одного семейства генов, но вместо этого появляются во множестве белков. Домены часто называют и выделяют, потому что они играют важную роль в биологической функции белка, которому они принадлежат; например, « кальций- связывающий домен кальмодулина ». Поскольку они независимы друг от друга, домены могут «меняться» с помощью генной инженерии между одним белком и другим, чтобы образовать химерные белки.

Структурный и последовательный мотив

В структурных и последовательность мотивов см коротких сегментов белка трехмерной структуры или аминокислотной последовательности , которые были обнаружены в большом количестве различных белков.

Супервторичная структура

Supersecondary структура относится к конкретной комбинации вторичных структурных элементов, таких как β-α-бета единиц или спираль-поворот-спираль мотив. Некоторые из них можно также назвать структурными мотивами.

Белковая складка

Белковая складка относится к общей архитектуре белка, такой как пучок спиралей , β-бочка , складка Россмана или различные «складки», представленные в базе данных структурной классификации белков . Родственное понятие - топология белка, которая относится к расположению контактов внутри белка.

Супердомен

Супердомен состоит из двух или более номинально не связанных структурных доменов, которые наследуются как единое целое и встречаются в разных белках. Пример обеспечиваются протеинтирозинфосфатазы домена и домен С2 пара в PTEN , несколько тензин белков, auxilin и белками в растениях и грибах. Супердомен PTP-C2, очевидно, возник до расхождения грибов, растений и животных, поэтому, вероятно, ему около 1,5 миллиарда лет.

Белковая динамика

Однако белки не являются строго статическими объектами, а скорее населяют ансамбли конформационных состояний . Переходы между этими состояниями обычно происходят на наномасштабе и связаны с функционально значимыми явлениями, такими как аллостерическая передача сигналов и ферментативный катализ . Белковая динамика и конформационные изменения позволяют белкам функционировать как наноразмерные биологические машины внутри клеток, часто в форме мультибелковых комплексов . Примеры включают моторные белки , такие как миозин , который отвечает за сокращение мышц , кинезин , который перемещает груз внутри клеток от ядра по микротрубочкам , и динеин , который перемещает груз внутри клеток к ядру и вызывает биение аксонем подвижных ресничек и жгутики . «[В результате] [подвижная ресничка] представляет собой наномашину, состоящую из, возможно, более 600 белков в молекулярных комплексах, многие из которых также функционируют независимо как наномашины ... Гибкие линкеры позволяют соединенным ими мобильным белковым доменам рекрутировать их связывание партнеры и вызывают аллостерию на большие расстояния через динамику белкового домена ".

Сворачивание белков

Как это транслируется, полипептиды выходят из рибосомы в виде случайной спирали и сворачиваются в свое естественное состояние . Поскольку складка определяется сетью взаимодействий между аминокислотами в полипептиде, окончательная структура белковой цепи определяется ее аминокислотной последовательностью ( догма Анфинсена ).

Стабильность белка

Стабильность белка зависит от нескольких факторов, таких как 1) нековалентные электростатические взаимодействия 2) гидрофобные взаимодействия Эти энергии взаимодействия составляют порядка 20-40 кДж / моль. Белки очень чувствительны к изменению температуры, и изменение температуры может привести к разворачиванию или денатурации. Денатурация белка может привести к потере функции и потере нативного состояния. Или это также может быть примитивное состояние.

Рентгеновская кристаллография и калориметрия показывают, что не существует общего механизма, описывающего влияние изменения температуры на функции и структуру белков. Это связано с тем, что белки не представляют собой единый класс химических веществ с энергетической точки зрения. Структура и стабильность отдельного белка зависит от соотношения его полярных и неполярных остатков. Они вносят вклад в конформационные и чистые энтальпии локальных и нелокальных взаимодействий.

Принимая во внимание слабые межмолекулярные взаимодействия, ответственные за структурную целостность, трудно предсказать влияние температуры, потому что существует слишком много неизвестных факторов, влияющих на гипотетический баланс свободной энергии и его температурную зависимость. Внутренние солевые связи обеспечивают термическую стабильность, и неизвестно, приводит ли низкая температура к дестабилизации этих связей.

В принципе, свободная энергия стабилизации растворимых глобулярных белков не превышает 50-100 кДж / моль. Стабилизация основана на эквиваленте небольшого числа водородных связей, ионных пар или гидрофобных взаимодействий, хотя многочисленные внутримолекулярные взаимодействия приводят к стабилизации. Принимая во внимание большое количество водородных связей, которые имеют место для стабилизации вторичных структур и стабилизации внутреннего ядра за счет гидрофобных взаимодействий, свободная энергия стабилизации проявляется как небольшая разница между большими числами. Следовательно, структура нативного белка не оптимизирована для максимальной стабильности.

Определение структуры белка

Примеры белковых структур из PDB Скорость определения структуры белка по методам и годам

Около 90% белковых структур, доступных в базе данных о белках , были определены с помощью рентгеновской кристаллографии . Этот метод позволяет измерить трехмерное (3-D) распределение плотности электронов в белке в кристаллизованном состоянии и, таким образом, вывести трехмерные координаты всех атомов, которые должны быть определены с определенным разрешением. Примерно 9% известных белковых структур были получены методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Для более крупных белковых комплексов криоэлектронная микроскопия может определить белковые структуры. Разрешение обычно ниже, чем у рентгеновской кристаллографии или ЯМР, но максимальное разрешение постоянно увеличивается. Этот метод по-прежнему особенно ценен для очень больших белковых комплексов, таких как белки оболочки вируса и амилоидные волокна.

Общий состав вторичной структуры можно определить с помощью кругового дихроизма . Колебательную спектроскопию также можно использовать для характеристики конформации пептидов, полипептидов и белков. Двумерная инфракрасная спектроскопия стала ценным методом исследования структур гибких пептидов и белков, которые невозможно изучить другими методами. Более качественную картину структуры белка часто получают с помощью протеолиза , который также полезен для скрининга более кристаллизующихся образцов белка. Новые реализации этого подхода, включая быстрый параллельный протеолиз (FASTpp) , позволяют исследовать структурированную фракцию и ее стабильность без необходимости очистки. После того, как структура белка была определена экспериментально, дальнейшие подробные исследования могут быть выполнены с помощью вычислений с использованием молекулярно-динамического моделирования этой структуры.

Анализ белковой последовательности: ансамбли

Схематическое изображение двух основных подходов к ансамблевому моделированию.

Белки часто рассматриваются как относительно стабильные структуры, которые имеют заданную третичную структуру и претерпевают конформационные изменения в результате модификации другими белками или как часть ферментативной активности. Однако белки обладают разной степенью стабильности, и некоторые из менее стабильных вариантов являются протеинами с нарушениями порядка . Эти белки существуют и функционируют в относительно «неупорядоченном» состоянии, лишенном стабильной третичной структуры . В результате их трудно описать в стандартной модели структуры белка, которая была разработана для белков с фиксированной третичной структурой . Конформационные ансамбли были разработаны как способ обеспечить более точное и «динамическое» представление конформационного состояния внутренне неупорядоченных белков . Конформационные ансамбли функционируют, пытаясь представить различные конформации внутренне неупорядоченных белков в файле ансамбля (тип, найденный в базе данных ансамблей белков ).

Файлы ансамбля белков представляют собой белок, который можно рассматривать как имеющий гибкую структуру. Создание этих файлов требует определения того, какие из различных теоретически возможных белковых конформаций действительно существуют. Один из подходов заключается в применении вычислительных алгоритмов к данным белков, чтобы попытаться определить наиболее вероятный набор конформаций для файла ансамбля .

Существует несколько методов подготовки данных для базы данных ансамбля белков, которые делятся на две общие методологии - подходы пула и молекулярной динамики (МД) (схематически изображены на рисунке). Подход на основе пула использует аминокислотную последовательность белка для создания огромного пула случайных конформаций. Затем этот пул подвергается дополнительной вычислительной обработке, которая создает набор теоретических параметров для каждой конформации на основе структуры. Выбираются конформационные подмножества из этого пула, средние теоретические параметры которых близко соответствуют известным экспериментальным данным для этого белка.

Подход молекулярной динамики принимает несколько случайных конформаций одновременно и подвергает их экспериментальным данным. Здесь экспериментальные данные служат в качестве ограничений, налагаемых на конформации (например, известные расстояния между атомами). Принимаются только конформации, которые остаются в пределах, установленных экспериментальными данными. Этот подход часто применяет большие объемы экспериментальных данных к конформациям, что является очень требовательной в вычислительном отношении задачей.

(адаптировано из изображения в разделе «Вычислительные подходы к выводу функций внутренне неупорядоченных белков»)

Базы данных структуры белков

Белковая структура базы данных представляет собой базу данных, которая моделируется вокруг различных экспериментально определенных белковых структур. Целью большинства баз данных о структуре белков является организация и аннотирование структур белков, предоставляя биологическому сообществу доступ к экспериментальным данным в удобной форме. Данные, включенные в базы данных структур белков, часто включают трехмерные координаты, а также экспериментальную информацию, такую ​​как размеры элементарной ячейки и углы для структур, определенных рентгеновской кристаллографией . Хотя в большинстве случаев, в данном случае белки или определения конкретной структуры белка, также содержат информацию о последовательности, а некоторые базы данных даже предоставляют средства для выполнения запросов на основе последовательности, основным атрибутом базы данных структуры является структурная информация, тогда как базы данных последовательностей сосредоточены на информация о последовательности и не содержит структурной информации для большинства записей. Базы данных структуры белков имеют решающее значение для многих усилий в области вычислительной биологии, таких как создание лекарств на основе структуры , как при разработке используемых вычислительных методов, так и при предоставлении большого экспериментального набора данных, который используется некоторыми методами для получения представления о функции белка.

Классификация конструкций

Белковые структуры могут быть сгруппированы на основе их структурного сходства, топологического класса или общего эволюционного происхождения. База данных структурной классификации белков и база данных CATH предоставляют две различные структурные классификации белков. Когда структурное сходство велико, два белка, возможно, отошли от общего предка, и общая структура белков считается доказательством гомологии . Сходство структуры затем можно использовать для группировки белков в суперсемейства белков . Если общая структура значительна, но разделяемая фракция мала, общий фрагмент может быть следствием более драматического эволюционного события, такого как горизонтальный перенос генов и объединение общих белков. эти фрагменты в суперсемейства белков больше не оправданы. Топология белка также может использоваться для классификации белков. Теория узлов и топология цепи - это две топологические структуры, разработанные для классификации белковых складок на основе пересечения цепей и внутрицепочечных контактов соответственно.

Вычислительное предсказание структуры белка

Создание белковой последовательности намного проще, чем определение структуры белка. Однако структура белка дает гораздо больше информации о функции белка, чем его последовательность. Поэтому был разработан ряд методов для компьютерного предсказания структуры белка по его последовательности. В методах предсказания ab initio используется только последовательность белка. Методы моделирования потоков и гомологии позволяют построить 3-D модель для белка неизвестной структуры из экспериментальных структур эволюционно связанных белков, называемых семейством белков .

Смотрите также

Ссылки

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Структурная организация белков — БиофомМ

Структурная организация белков

Белковые молекулы представляют собой продукт полиме­ризации 20-25 различных мономерных молекул (аминокислот), соединенных не хаотично, а в строгом соответствии с кодом бел­кового синтеза. Из 20 различных аминокислот (при условии, что каждая войдёт в цепь только один раз) можно построить 2,3•1018 изомеров белковой молекулы.

?-Аминокислоты, входящие в состав белков

 

Аминокислота Буквенное 
обозначение
Структура радикала R
Алифатические ?-аминокислоты
ГЛИЦИН (аминоуксусная кислота) Glycine Гли / Gly / G —Н
АЛАНИН(?-аминопропионовая кислота) Alanine Ала / Ala / A СН3
ВАЛИН* (?-амино-изовалериановая кислота) Valine Вал / Val / V  
ЛЕЙЦИН*

(?-аминоизокапроновая кислота)
Leucine

Лей

Leu
L

 
изолейцин*

(?-амино-?-метилвалериановая кислота)

Isoleucine

Илей

Ile
I

 
Сероседержащие ?-аминокислоты
ЦИСТЕИН

(?-амино-?-тиопропионовая кислота)
Cysteine

Цис

Cys
C

СH2SH
МЕТИОНИН*

(?-амино-?-метилтиомаслянная кислота)
Methionine

Мет

Met
M

CH2-CH2-S-CH3
Кислые ?-аминокислоты
АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА

(?-аминоянтарная кислота)
AsparDic

Асп

Asp
D

СН2СООН
ГЛУТАМИНОВАЯ КИСЛОТА

(?-аминоглутаровая кислота

Glutamic acid

GluEtamic

Глу

Glu
E

СН2СН2СООН
Основные ?-аминокислоты
ГИСТИДИН

(?-амино-?-имидазолилпропионовая кислота)
Histidine

Гис

His

H

 
ЛИЗИН*

(?-амино-?-диаминокапроновая кислота)

Lysine

Лиз

Lys

K

CH2-CH2-СН2-CH2-NH2
АРГИНИН

(?-амино-?-гуанидиновалериановая кислота)
ARginine

Арг

Arg
R

 
Нейтральные ?-аминокислоты
АСПАРАГИН

(амид аспарагиновой кислоты)
AsparagiNe

Асн

Asn
N

NH2 (CO)CH2 
ГЛУТАМИН

(амид глутаминовой кислоты)

Glutamine
Q-tamine

Глн

Gln

Q

СН2 -СН2 -СОNH2
СЕРИН

(?-амино-?-гидроксипропионовая кислота)
Serine

Сер

Ser
S

CH2-OH
ТРЕОНИН*

(?-амино-?-оксимасляная кислота)
Threonine

Тре

Thr

T

—CH2 (CH3)-OH
Ароматические ?-аминокислоты
ТРИПТОФАН*

(?-амино-?-(3-индолил) пропионовая кислота)

Tryptophan
TWyptophan

Трип

Trp
W

 
ТИРОЗИН

(?-амино-?-параоксифенилпропионовая кислота)
TYrosine

Тир

Tyr

Y

 
ФЕНИЛАЛАНИН

(?-амино-?-фенилпропионовая кислота)

Phenylalanine
Fenylalanine

Фен / Phe
F
CH2 -C6H5
Имино- ?-аминокислоты
ПРОЛИН (пирролидин-?-карбоновая кислота) Proline Про / Pro / P  

 

* Незаменимые ?-аминокислоты – не воспроизводимые человеческим организмом кислоты, которые могут поступать в организм только в составе пищи.

Белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты свя­заны друг с другом пептидными (R—СО—NH—R’) связями, возникающими при взаимодействии карбоксильных СООН и аминных NH2 групп аминокислот. На примере аланина и глици­на образование пептидной связи (с выделением молекулы воды) можно представить следующим уравнением:

К дипептиду аналогичным способом мо­гут присоединяться и другие аминокислоты с образованием три-, тетра-, пентапептида и т. д., вплоть до крупной молекулы поли­пептида (белка).

Получены следующие экспериментальные доказательства полипептидной теории строения белка.

  1. В природных белках сравнительно мало титруемых свобод­ных СООН- и NH2-групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии, участвуя в образовании пеп­тидных связей; титрованию доступны в основном свободные СООН- и NН2-группы у N- и С-концевых аминокислот пептида.
  2. В процессе кислотного или щелочного гидролиза белка об­разуется стехиометрическое количество титруемых СООН- и NН2-групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей.
  3. Под действием протеолитических ферментов (протеиназ) белки расщепляются на строго определенные фрагменты, назы­ваемые полипептидами, с концевыми аминокислотами, соответ­ствующими избирательности действия протеиназ. Структура не­которых таких фрагментов неполного гидролиза доказана по­следующим химическим их синтезом.
  4. Биуретовую реакцию (сине-фиолетовое окрашивание в при­сутствии раствора CuSO4 в щелочной среде) дают как биурет (NН2—СО—NH—СО—NН2), содержащий пептидную связь, так и белки, что также является доказательством наличия в белках аналогичных связей.
  5. Анализ рентгенограмм, полученных при просвечивании рентгеновскими лучами кристаллов белков, подтверждает поли­пептидную структуру белков.
  6. Существенным подтверждением полипептидной теории строения белка является возможность синтеза чисто химически­ми методами полипептидов и белков с уже известным строени­ем: инсулина — 51 аминокислотный остаток, лизоцима — 121 аминокислотный остаток, рибонуклеазы — 124 аминокислотных остатка. Синтезированные белки обладают биологической ак­тивностью и физико-химическими свойствами, аналогичными та­ковым природных белков.

Здесь следует указать на некоторые особенности строения полипептидной цепи. Во-пер­вых, это касается своеобразия расположения атомов углерода и азота, находящихся примерно в одной плоскости, и атомов во­дорода и радикалов, направленных к этой плоскости под углом 109o28′. Во-вторых, это относится к своеобразию пептидной свя­зи. Расстояние между атомами С и N в пептидной связи (рав­ное 0,132 нм) является промежуточным между простой (оди­нарной) связью (т. е. связью между С—N=, равной 0,147 нм) и двойной связью (между =C=N—, равной 0,125 нм):

Это создает предпосылки для осуществления таутомерных (лактам-лактимных) превращений. Лактимная (енольная) фор­ма дает некоторые преимущества полипептидной цепи, выража­ющиеся в повышении реакционной способности. Наконец, сле­дует указать на своеобразие радикалов, которые являются по­лифункциональными и определяют и структуру (пространственную), и многообразие функций моле­кул белка.

Первичная структура белка

Под первичной структу­рой подразумевают порядок, последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Зная первич­ную структуру, можно точно написать структурную формулу белковой молекулы, если она представлена одной полипептид­ной цепью. Если в состав белка входит несколько полипептид­ных цепей, то задача определения первичной структуры несколь­ко сложнее, так как необходимо предварительное разъединение этих цепей.

Стабильность первичной структуры обеспечивается в основ­ном главновалентными пептидными связями; возможно участие и небольшого числа дисульфидных связей.

В настоящее время выяснение первичной структуры белков является вопросом времени и технического оснащения лаборато­рий. Полностью выяснена первичная структура многих природ­ных белков. Первым из них был инсулин, содержащий 51 ами­нокислотный остаток (Сэнджер, 1953). Самым крупным белком с выясненной первичной структурой был иммуноглобулин, в че­тырех полипептидных цепях которого насчитывается 1300 ами­нокислотных остатков.

Вторичная структура белка

Под вторичной структурой белка подразумевают конфигура­цию полипептидной цепи, т.е. способ свертывания, скручивания (складывания, упаковки) полипептидной цепи в спиральную или какую-либо другую конформацию; оно протекает не хаотично, а в соответствии с программой, заложенной в первичной струк­туре. Подробно изучены две основные конфигурации полипеп­тидных цепей, отвечающих структурным требованиям и экспери­ментальным данным: ?-конфигурация и ?-структуры.

Вероятным типом строения глобулярных белков принято считать ?-спираль (?-конфигурация), модель которой представлены на рисунке (а):

(а) ?-Спираль (б) ?-Структура

Закручивание полипептидной цепи идет по часовой стрелке (правый ход спи­рали), что обусловлено L-аминокислотным составом природных белков. Движущей силой в возникновении ?-спиралей (так же как и ?-структур) является способность аминокислот к образо­ванию водородных связей. В структуре ?-спиралей открыт ряд закономерностей. На каждый виток (шаг) спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. Шаг спирали (расстояние вдоль оси) равен 0,54 нм на виток, а на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм. Угол подъема спирали равен 26°; через каж­дые 5 витков спирали (18 аминокислотных остатков) структур­ная конфигурация полипептидной цепи повторяется. Это озна­чает, что период повторяемости (или идентичности) ?-спиральной структуры составляет 2,7 нм. На рисунке (а) модели ?-спирали зачернены участки спирали, обращенные к наблюдателю; пунк­тиром обозначены водородные связи между СО- и NH-группами, расположенными на соседних участках спирали; атомы водорода показаны в виде маленьких серых кру­жочков.

Для каждого белка характерна определенная степень спирализации его полипептидной цепи. Степень спирализации уста­навливают путем измерения удельного вращения плоскости по­ляризованного света. Изменение последнего находится в прямой зависимости от степени спирализации белковой молекулы. Не все глобулярные белки спирализованы на всем протяжении по­липептидной цепи. В молекуле белка ?-спиральные участки че­редуются с линейными. В частности, если ?- и ?-цепи гемогло­бина спирализованы, например, на 75%, то лизоцим — на 42%, а пепсин — всего на 30%.

Таким образом, стабильность вторичной структуры в основ­ном обеспечивается водородными связями (определенный вклад в это вносят и валентные связи — пептидные и дисульфидные).

Другой тип структуры, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и других фибриллярных белках, получил название ?-конфигурации, ?-структуры (рисунок (б)). В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно, прочно свя­зываются водородными связями, образуя структуру типа склад­чатого слоя. Такая структура менее устойчива, чем ?-конформация.

Обе конформации могут быть обратимы при механическом воздействии и изменении влажности (при растворении в воде ?-конформация сохраняется, однако при нагреве в узком интервале температур разрушаются водородные связи, падает вязкость раствора). В природе существуют белки, строение которых, однако, не соответствует ни ?-, ни ?-структурам.

Типичным примером та­ких белков является коллаген — фибриллярный белок, состав­ляющий основную массу соединительной ткани в организме че­ловека и животных. В естественных условиях коллаген находится в форме длин­ных фибриллярных нитей, однако при нагревании эти нити прев­ращаются в беспорядочные клубочки, получившие название же­латины.

Третичная структура белка

Под третичной структурой белка подразумевают пространст­венную ориентацию полипептидной спирали или способ укладки полипептидной цепи в определенном объеме. Она образуется за счет ковалентных связей SH, которые образуют дисульфидные мостики  SS, сшивающие разные части ?-спирали (рисунок (в)):

(в) Третичная структура (г) Четвертичная структура

В ста­билизации пространственной структуры белков, помимо валент­ных связей (пептидные и дисульфидные связи), основную роль играют так называемые нековалентные связи. К этим связям относятся: водородные связи, электростатические взаимодейст­вия заряженных групп, межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, взаимодействия неполярных боковых радикалов аминокислот, так называемые гидрофобные взаимодействия, вы­званные вталкиванием гидрофобных радикалов внутрь молеку­лы белка молекулами воды (растворителя) и т. д.

Третичная структура белка, после завершения его синтеза в рибосомах, возникает автоматически и полностью предопре­деляется первичной структурой. Основной движущей силой в возникновении трехмерной структуры являются взаимодействия радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом неполяр­ные гидрофобные радикалы аминокислот как бы вталкиваются внутрь белковой молекулы, образуя там сухие зоны, в то время как полярные радикалы оказываются ориентированными в сто­роны воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы в целом и она ста­билизируется. В такой форме белковая молекула характеризу­ется минимальной свободной энергией.

В свою очередь трехмерная структура белковой молекулы также содержит информацию, но уже совершенно нового типа, а именно функциональную. Все биологические свойства белков (каталитические, гормо­нальные, антигенные и др.) связаны с сохранностью их третич­ной структуры, которую принято называть нативной конформацией. Любые воздействия (термические, физико-химические), приводящие к нарушению этой конформации мо­лекулы (разрыв водородных и других нековалентных связей), сопровождаются частичной или полной потерей белком его био­логических свойств.

Четвертичная структура белка

Под четвертичной структурой подразумевают симметричнопосторенные комплексы, стабилизированные за счет нековалентных взаимодействий. Такие называют олигомерами, а составные единицы комплексов (2-12 белков) – субъединицами или мономерами (рисунок (г)). Многие функциональные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями (аналогичными тем, которые обеспечивают стабильность третичной структуры). Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения вхо­дящих в его состав протомеров. Образовавшуюся молекулу при­нято называть мультимером. Мультимерные белки чаще всего построены из четного числа протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8, 10, 12 и т. д.) с разными молекулярными массами — от не­скольких тысяч до 100 000 дальтон.

Ос­новными силами, стабилизирующими четвертичную структуру, являются нековалентные связи между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по типу комплементарности, т. е. универсальному принципу, свойствен­ному живой природе.

На рисунке изображена трехмерная модель молекулы гемоглоби­на; субъединицы типа ? (светлые) и ?(темные) расположены по углам почти правильного тетраэдра, темные диски — группы гема.

Каждый индивидуальный белок ха­рактеризуется уникальной структурой, обеспечивающей уникаль­ность его функций. Поэтому выяснение структуры разнообраз­ных белков может служить ключом к познанию природы живых систем и, соответственно, сущности жизни.

Структурная биохимия / белки - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Найдите Структурная биохимия / белки в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Структурная биохимия / белки / белки - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Структурная биохимия / белки / белки в одном из родственных проектов Викибука: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Четыре типа структуры белка

    • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
    • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
      • BNAT
      • Классы
        • Класс 1-3
        • Класс 4-5
        • Класс 6-10
        • Класс 110003 CBSE
          • Книги NCERT
            • Книги NCERT для класса 5
            • Книги NCERT, класс 6
            • Книги NCERT для класса 7
            • Книги NCERT для класса 8
            • Книги NCERT для класса 9
            • Книги NCERT для класса 10
            • NCERT Книги для класса 11
            • NCERT Книги для класса 12
          • NCERT Exemplar
            • NCERT Exemplar Class 8
            • NCERT Exemplar Class 9
            • NCERT Exemplar Class 10
            • NCERT Exemplar Class 11
            • 9plar
            • RS Aggarwal
              • RS Aggarwal Решения класса 12
              • RS Aggarwal Class 11 Solutions
              • RS Aggarwal Решения класса 10
              • Решения RS Aggarwal класса 9
              • Решения RS Aggarwal класса 8
              • Решения RS Aggarwal класса 7
              • Решения RS Aggarwal класса 6
            • RD Sharma
              • RD Sharma Class 6 Решения
              • RD Sharma Class 7 Решения
              • Решения RD Sharma Class 8
              • Решения RD Sharma Class 9
              • Решения RD Sharma Class 10
              • Решения RD Sharma Class 11
              • Решения RD Sharma Class 12
            • PHYSICS
              • Механика
              • Оптика
              • Термодинамика
              • Электромагнетизм
            • ХИМИЯ
              • Органическая химия
              • Неорганическая химия
              • Таблица Менделеева
            • MATHS
              • Статистика
              • 9000 Pro Числа
              • Числа
              • Число чисел Тр Игонометрические функции
              • Взаимосвязи и функции
              • Последовательности и серии
              • Таблицы умножения
              • Детерминанты и матрицы
              • Прибыль и убыток
              • Полиномиальные уравнения
              • Разделение фракций
            • Microology
        • FORMULAS
          • Математические формулы
          • Алгебраные формулы
          • Тригонометрические формулы
          • Геометрические формулы
        • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
          • Математические калькуляторы
          • 0003000
          • 000
          • 000 Калькуляторы по химии
          • 000
          • 000
          • 000 Образцы документов для класса 6
          • Образцы документов CBSE для класса 7
          • Образцы документов CBSE для класса 8
          • Образцы документов CBSE для класса 9
          • Образцы документов CBSE для класса 10
          • Образцы документов CBSE для класса 1 1
          • Образцы документов CBSE для класса 12
        • Вопросники предыдущего года CBSE
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
        • HC Verma Solutions
          • HC Verma Solutions Класс 11 Физика
          • HC Verma Solutions Класс 12 Физика
        • Решения Лакмира Сингха
          • Решения Лакмира Сингха класса 9
          • Решения Лахмира Сингха класса 10
          • Решения Лакмира Сингха класса 8
        • 9000 Класс
        9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
      • Примечания CBSE класса 7
      • Примечания
      • Примечания CBSE класса 8
      • Примечания CBSE класса 9
      • Примечания CBSE класса 10
      • Примечания CBSE класса 11
      • Примечания 12 CBSE
    • Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
    • CBSE Примечания к редакции класса 10
    • CBSE Примечания к редакции класса 11
    • Примечания к редакции класса 12 CBSE
  • Дополнительные вопросы CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке
    • CBSE Вопросы
    • CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
    • CBSE Class 10 Science Extra questions
  • CBSE Class
    • Class 3
    • Class 4
    • Class 5
    • Class 6
    • Class 7
    • Class 8 Класс 9
    • Класс 10
    • Класс 11
    • Класс 12
  • Учебные решения
  • Решения NCERT
    • Решения NCERT для класса 11
      • Решения NCERT для класса 11 по физике
      • Решения NCERT для класса 11 Химия
      • Решения NCERT для биологии класса 11
      • Решение NCERT s Для класса 11 по математике
      • NCERT Solutions Class 11 Accountancy
      • NCERT Solutions Class 11 Business Studies
      • NCERT Solutions Class 11 Economics
      • NCERT Solutions Class 11 Statistics
      • NCERT Solutions Class 11 Commerce
    • NCERT Solutions for Class 12
      • Решения NCERT для физики класса 12
      • Решения NCERT для химии класса 12
      • Решения NCERT для биологии класса 12
      • Решения NCERT для математики класса 12
      • Решения NCERT, класс 12, бухгалтерия
      • Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
      • NCERT Solutions Class 12 Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
      • NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Commerce
      • NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
    • NCERT Solut Ионы Для класса 4
      • Решения NCERT для математики класса 4
      • Решения NCERT для класса 4 EVS
    • Решения NCERT для класса 5
      • Решения NCERT для математики класса 5
      • Решения NCERT для класса 5 EVS
    • Решения NCERT для класса 6
      • Решения NCERT для математики класса 6
      • Решения NCERT для науки класса 6
      • Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
      • Решения NCERT для класса 6 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 7
      • Решения NCERT для математики класса 7
      • Решения NCERT для науки класса 7
      • Решения NCERT для социальных наук класса 7
      • Решения NCERT для класса 7 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 8
      • Решения NCERT для математики класса 8
      • Решения NCERT для науки 8 класса
      • Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
      • Решения NCERT для класса 8 Английский
    • Решения NCERT для класса 9
      • Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
    • Решения NCERT для математики класса 9
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 3
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 6
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 7
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 8
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 9
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 10
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 11
      • Решения
      • NCERT для математики класса 9 Глава 12
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9 Глава 13
      • NCER Решения T для математики класса 9 Глава 14
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
    • Решения NCERT для науки класса 9
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 3
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 4
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 5
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 6
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 7
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 8
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 10
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 12
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 11
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 13
      • Решения NCERT
      • для науки класса 9 Глава 14
      • Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
    • Решения NCERT для класса 10
      • Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
    • Решения NCERT для математики класса 10
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 1
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 2
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 3
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 4
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 5
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 6
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 7
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 8
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 9
      • Решения NCERT для математики класса 10, глава 10
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 11
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 12
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава ter 13
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 14
      • Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
    • Решения NCERT для науки класса 10
      • Решения NCERT для класса 10 науки Глава 1
      • Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 2
      • Решения NCERT для класса 10, глава 3
      • Решения NCERT для класса 10, глава 4
      • Решения NCERT для класса 10, глава 5
      • Решения NCERT для класса 10, глава 6
      • Решения NCERT для класса 10 Глава 7 по науке
      • Решения NCERT для 10 класса по науке Глава 8
      • Решения NCERT для 10 класса по науке
      • Решения NCERT для 10 класса по науке
      • Решения NCERT для 10 класса по науке Глава 11
  • .

    Структурная биохимия / белки / структуры - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

    Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

    Перейти к навигации Перейти к поиску
    Ищите Структурная биохимия / белки / структуры в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

    Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

    • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
    • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
    • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
    .

    Структурная биохимия / ферментно-каталитический механизм / функция белка

    Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

    Перейти к навигации Перейти к поиску
    Найдите Структурная биохимия / каталитический механизм ферментов / функция белка в одном из родственных проектов Викибука: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

    Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

    • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
    • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
    • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
    .

    Структурная биология

    Как ученые используют белковые структуры для разработки новых лекарств?

    Лекарства обычно действуют, блокируя или поддерживая активность определенных белков в организме. Используя подход, называемый «дизайн лекарств на основе структуры», ученые могут создать шаблон для белка и использовать его для создания новых лекарств. Они начинают с компьютерной модели структуры белка, которую они хотят изучать. Например, компьютерная модель позволит исследователям изучить, как два белка работают вместе.Затем, если ученые захотят отключить один белок, они попытаются разработать молекулу, которая блокирует или изменяет это взаимодействие.

    Какой пример лекарства, разработанного с использованием структурной разработки лекарств?

    Исследователи использовали дизайн лекарств на основе структуры для разработки некоторых препаратов против ВИЧ. Протеаза ВИЧ - это фермент, который поддерживает жизнь вируса. Знание его структуры позволило исследователям определить виды молекул, которые могут остановить работу протеазы ВИЧ. Ученые использовали компьютерные модели для точной настройки молекул, которые могли бы остановить производство вирусов.Эта работа привела к созданию лекарств, называемых ингибиторами протеазы.

    Как ученые определяют структуру белков?

    Исследователи используют несколько методов визуализации для определения структуры белков и других сложных молекул. Криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ) позволяет ученым «видеть» отдельные белки, а также более крупные структуры, такие как молекулярные комплексы (группы белков, которые объединяются и функционируют как единое целое), вирусы или органеллы (специализированные структуры внутри клетки, которые выполнять определенные функции).Рентгеновская кристаллография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) также позволяют исследователям просматривать белки. На сегодняшний день исследователи использовали эти методы, чтобы разгадать структуру более 122 000 белков. Банк данных о белках хранит эти структуры и дает ученым доступ к ним.

    Что такое крио-ЭМ и как оно работает?

    В крио-ЭМ исследователи быстро замораживают клетку, вирус, молекулярный комплекс или другую структуру, так что молекулы воды не успевают образовать кристаллы.Это сохраняет образец в его естественном состоянии. Ученые используют электронный микроскоп, чтобы взорвать замороженный образец электронным лучом. Это создает двумерную проекцию образца на цифровом детекторе. Создавая сотни проекций образца под разными углами, а затем вычисляя среднее значение этих углов, ученые создают трехмерную модель его структуры. Последние достижения в области крио-ЭМ позволяют получать детализированные изображения белков и других биологических структур, включая более крупные структуры, такие как комплексы РНК-белок.

    .

    Смотрите также

     
     
    © 2020 Спортивный клуб "Канку". Все права защищены.