Креатинфосфокиназа - фермент, участвующий в регенерации АТФ при мышечном сокращении, состоит из 2 субъединиц - В (brain) и М (muscle) в разных сочетаниях: ВВ, ВМ, ММ.Всего 3 изофермен-

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

А. П О ФУНКЦИИ

См выше "Функции белков"

Б . П О СТРОЕНИЮ

1. По форме молекулы:

Глобулярные – соотношение про-

дольной и поперечной осей составляет

<10 и в большинстве случаев не более 3-4. Они характеризуются компактной ук-

ладкой полипептидных цепей. Например: инсулин, альбумин, глобулины плазмы крови.

Фибриллярные – соотношение осей >10. Они состоят из пучков полипептидных цепей, спиралью навитых друг на друга и связанные между собой поперечными ковалентными и водородными связями. Выполняют защитную и структурную функции.

Например: кератин, миозин, коллаген, фибрин.

2. По количеству белковых цепей в одной молекуле

мономерные – имеют одну субъединицу (протомер)

полимерные – имеют несколько субъединиц.

Например, гемоглобин (4 субъединицы), лактатдегидрогеназа (4 субъединицы), креатинфосфокиназа

(2 субъединицы), РНК-полимераза E.coli (5 цепей), аспартаткарбамоил-трансфераза (12 протоомеров), пируватдегидрогеназа (72 цепи).

3. По химическому составу:

Простые – содержат в составе только аминокислотыСложные – кроме аминокислот имеются небелковые компоненты

П РОСТЫЕ БЕЛКИ

Структура представлена только полипептидной цепью (альбумин, инсулин).

Однако необходимо понимать, что многие простые белки (например, альбумин) не

существуют в „чистом" виде, просто связи с небелковой группой слабые.

Альбумины

Белки массой ММ=40кД, имеют кислые свойства и отрицательный заряд при физиологических рН, т.к. содержат много глутаминовой кислоты. Легко адсорбируют

полярные и неполярные молекулы, является в крови переносчиком многих веществ

Глобулины – ММ>100 кД, слабокислые или нейтральные, поэтому они слабо гидратированы, менее устойчивы и легче осаждаются, что используется в клиниче-

ской диагностике в „осадочных" пробах (тимоловая, Вельтмана). Часто содержат уг-

леводные компоненты. Некоторые способны к связыванию определенных веществ: трансферрин (переносчик Fe), церулоплазмин (переносчик Си), гаптоглобин (пере-

носчик гемоглобина), гемопексин (переносчик тема). При электрофорезе разделяют-

ся, как минимум, на 4 фракции а1, а2, в и у.

Гистоны

Белки массой ММ=24 кД. Обладают выраженными основными свойствами, т.е. при физиологических рН заряжены положительно и, поэтому связываются с ДНК.

Существуют 5 типов гистонов:

Н1 – очень богат Лиз (29%),

Н2а – умеренно богат Лиз (11%)

и Apr (9,5%),

H2b – умеренно богат Лиз (16%)

и Apr (6,5%),

НЗ – умеренно богат Лиз (10%) и

Н4 – умеренно богат Лиз (11%) и

Радикалы аминокислот в составе

гистонов могут быть ферментативно метилированы, ацетилированы или фосфо-

рилированы. Это изменяет суммарный

заряд и другие свойства белков.

Функция:

1. Регулируют активность генома, а именно

– препятствуют транскрипции,

2. Структурная – стабилизируют простран-

ственную структуру ДНК.

Гистоны образуют нуклеосомы (укорочение в 7 раз), далее суперспираль и „суперсу-

перспираль". Тем самым они участвуют в плотной упаковке ДНК при формировании

хромосом. Благодаря гистонам размеры ДНК

уменьшаются в тысячи раз: ведь длина ДНК достигает 6-9 см (10-1 ), а размеры хромосом –

всего несколько микрометров (10-6 )

Протамины

Коллаген

Фибриллярный белок с уникальной структурой. Обычно содержит моносахаридные (галактоза) и дисахаридные (галактоза-глюкоза) остатки, соединенные с ОН-

группами некоторых остатков гидроксилизина. Составляет основу межклеточного

вещества соединительной ткани сухожилий, кости, хряща, кожи, но имеется, конечно, и в других тканях. Полипептидная

цепь коллагена включает 1000 амино-

кислот и состоит из повторяющегося триплета [Гли-А-В], где А и В – любые,

кроме глицина аминокислоты. В основ-

ном это аланин, его доля составляет 11%, доля пролина и гидроксипролина –

21%. Таким образом, на оставшиеся

аминокислоты приходится всего 33%. Структура пролина и гидроксипролина

не позволяет образовать а-спиральную

структуру, из-за этого образуется левозакрученная спираль, где на один виток

приходится 3 аминокислотных остатка. Гидроксилирование пролина осуществляет фермент пролилгидроксилаза, железо-содержащий фермент, для его полноценной работы необходим витамин С (аскорбиновая кислота). Недостаточность аскорбиновой кислоты в пище обуславливает возникновение цинги. Приматы и морские свинки утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту и, поэтому, должны получать ее с пищей. Являясь сильным вос-

становительным агентом, аскорбиновая кислота предохраняет от инактивации пролилгидроксилазу, поддерживая восстановленное состояние атома железа в ферменте. Коллаген, синтезированный в отсутствие аскорбиновой кислоты, оказывается недогидроксилированным и не может образовывать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов.

Молекула коллагена построена из 3 полипептидных цепей, сплетенных между собой в плотный жгут – тропоколлагена (длина=ЗОО нм, d=1,6 нм). Полипептидные

цепи прочно связаны между собой через ε-аминогруппы остатков лизина. Тропокол-

лаген формирует крупные коллагеновые фибриллы (d=10-300 нм). Фибриллы очень прочны, они прочнее стальной проволоки равного сечения. Поперечная исчерчен-

ность фибриллы обусловлена смещением молекул тропоколлагена друг относи-

тельно друга на 1/4 их длины.

В коже фибриллы образуют нерегулярно сплетенную и очень густую сеть –

выделанная кожа представляет собой почти чистый коллаген.

Время полужизни коллагена исчисляется неделями и месяцами. Ключевую роль в его обмене играет коллагеназа, расщепляющая тропоколлаген на 1/4 расстояния с С-конца между Гли и Лей.

В результате распада коллагена образуется гидроксипролин. При поражении

соединительной ткани (болезнь Пейджета, гиперпаратиреоидизм) экскреция гидро-

ксипролина возрастает и имеет диагностическое значение. По мере старения организма в тропоколлагене образуется все большее число поперечных связей, что де-

Классификация белков по структуре

- Фибриллярные – наиболее важна вторичная структура (третичная почти или совсем не выражена), нерастворимы в воде, отличаются большой механической прочностью. Длинные параллельные полипептидные цепи, скрепленные друг с другом поперечными сшивками, образуют длинные волокна или слоистые структуры. Выполняют в клетках и в организме структурные функции, например, входят в состав соединительной ткани. К этой группе относится коллаген (сухожилия, межклеточное вещество костной ткани), миозин (саркомеры мышц), фиброин (шёлк, паутина), кератин (волосы, рога, ногти, перья).

- Глобулярные – наиболее важна третичная структура. Полипептидные цепи свёрнуты в компактные глобулы. Растворимы. Легко образуют коллоидные суспензии. Выполняют функцию ферментов, антител (глобулины сыворотки крови определяют иммунологическую активность) и в некоторых случаях гормонов (например, инсулин). Играют важную роль в протоплазме, удерживая в ней воду и некоторые другие вещества, способствуют поддержанию молекулярной организации.

- Промежуточные – фибриллярной природы, но растворимые. Примером может служить фибриноген, превращающийся в нерастворимый фибрин при свёртывании крови.

Функции белков:

1. Ферментативная

2.Белки-гормоны

3.Регуляторная

4. Защитная

5. Транспортная

6. Структурные белки

7. Сократительные белки

8. Рецепторные белки

9. Белки-токсины

10. Белки - ингибиторы ферментов

11. Белки внутренних оболочек.

Нуклеиновые кислоты

-нерегулярные гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Впервые нуклеиновые кислоты были выделены в 1869 году шведцарским биохимиком Фридрихом Мишером из клеток гноя. Известно 2 типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая кислота или ДНК и РНК. Нуклеотиды, являющиеся мономерами нуклеиновых кислот имеют не простое строение.

В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания, пятиуглеродный сахар и остаток фосфорной кислоты.

В составе нуклеиновых кислот может быть 2 типа пентоз: в составе ДНК - дезоксирибоза, в составе РНК - рибоза. Нуклеиновые кислоты получили название по названию входящей в них пентозы.

Азотистые основания в составе нуклеиновых кислот называются аденин, гуанин, тимин, цитозин и урацил, они представлены на рисунке ниже.

Нуклеотиды – это мономеры нуклеиновых кислот. Кроме названных нуклеотидов в нуклеиновых кислотах в небольших количествах встречаются ещё более 20-ти "минорных" нуклеотидов - их азотистые основания являются производными 5-ти основных.

Образование нуклеотидов происходит в 2 этапа. 1) Пентоза, соединяясь с азотистым основанием в ходе реакции конденсации образует нуклеозид.

2) К нуклеозиду входе ещё одной реакции конденсации присоединяется остаток фосфорной кислоты с образованием фосфорно-эфирной связи.

3) Друг с другом нуклеотиды соединяются брагодаря реакции конденсации, при этом образуется фосфорнодиэфирная связь между 3" гидрооксилом одного гидрооксидного остатка и 5" гидрооксилом другого. Образовавшаяся при этом связь называется фосфорнодиэфирная. Фосфорнодиэфирные связи в полинуклеотидной цепи ковалентные, прочные, стабильные.

Сахара вместе с азотистым основанием называются нуклеозидами (аденозин, гуанозин, тимидин, цитидин). Если к ним присоединены 1-, 2-, или 3-фосфорных остатка, то вся эта структура называется соответственно, нуклеотизид монофосфатом, дифосфатом или трифосфатом или нуклеотидом (аденин, гуанин, тимин, цитозин).

Вот так модель АТФ выглядит в пространстве.

Полинуклеотидная цепь имеет 2 конца: 3" конец, где 3" - ни с чем не связан (гидрооксил пентозы); 5" - гидрооксил пентозы связан только с фосфатом. Принято 5" концевой нуклеотид считать началом цепи, а 3" - её концом. В организме распад полипептидных цепей проипсходит под действием ферментов нуклеаз .

Азотистое основание, входящее в состав ДНК делится на две группы – пиримидиновую и пуриновую. В состав ДНК входит аденин, тимин, цитозин и гуанин, в РНК вместо тимина урацил. Как известно, ДНК – это большой архив, в котором хранится информация, а РНК – это молекула, которая переносит информацию из ядра в цитоплазму для синтеза белков. С различием в функциях связаны различия в строении. РНК более химически активно из-за того, что ее сахар - рибоза – имеет в своем составе гидроксильную группу, а в дезоксирибозе кислорода нет. Из-за отсутствия кислорода ДНК более инертно, что важно для ее функции хранения информации, чтобы она не вступала ни в какие реакции.

В начале 50-х годов американский биохимик Эдвин Чаргафф изучал нуклеотидный состав ДНК, результаты своих экспериментов он обобщил в виде правил (правила Чаргаффа)

Установлено, что диаметрн молекулы ДНК равен 2 нанометра, на 1 полный виток спирали приходится в каждой цепи 10 нуклеотидов, межнуклеотидное расстояние вдоль оси спирали составляет 0,34 нанометра.

Полная расшифровка структуры ДНК была произведена в 1953 году американским биохимиком Джеймсом Уотсоном и английским физиком Френсисом Криком. Работая вместе в Кембридском университете они использовали все известные на тот момент данные:

Модель ДНК по Уотсону и Крику:

Долгое время считалось, что существует только такая форма ДНК, которая была описана Уотсоном и Криком, но в настоящее время известно, что ДНК может образовывать более 10 различных форм, способных к взаимопереходу и которые отличаются друг от друга по целому ряду параметров. Например: по числу пар нуклеотидных остатков в витке (шаг спирали). Например:

А - форма - шаг спирали 10 пар оснований;

В - форма - шаг спирали 10 пар оснований.

С - форма - 9,3 пар оснований

Z - форма - 12 пар оснований.

Все формы, кроме Z - правозакрученные; Z - форма левозакрученная. Количественно в клетках значительно преобладает В - форма.

Молекулы ДНК - эукариот и многих вирусов существуют в линейных формах, ДНК - бактериальных клеток, хлоропластов, митохондрий, некоторых вирусов имеет кольцевую форму. ДНК некоторых вирусов - одноцепочечная.

ДНК эукариот связана с белками и образует основное вещество ядра - хромитин.

Свойства ДНК

Вещество белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимое в воде, растворяется в крепких солевых растворах. Растворы ДНК высоко вязкие, обладают двойным лучепреломлением. Молекулы оптически и электрически активны. Прочно связывают многовалентные ионы металлов, вступают в реакцию алкинирования и дезаминирования азотистых оснований.

Основана на различиях по составу или по форме.

По составу белки делят на две группы:

Простые белки (протеины) состоят только из аминокислот: протамины и гистоны обладают основными свойствами и входят в состав нуклеопротеидов. Гистоны участвуют в регуляции активности генома. Проламины и глютелины – белки растительного происхождения, составляют основную массу клейковины. Альбумины и глобулины – белки животного происхождения. Богаты ими сыворотка крови, молоко, яичный белок, мышцы.

Сложные белки (протеиды = протеины) содержат небелковую часть – простетическую группу. Если простетической группой является пигмент (гемоглобин, цитохромы), то это хромопротеиды. Белки, связанные с нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды. Липопротеины – связаны с каким – либо липидом. Фосфопротеиды – состоят из белка и лабильного фосфата. Их много в молоке, в ЦНС, икре рыб. Гликопротеиды связаны с углеводами и их производными. Металлопротеины – белки, содержащие негеминовое железо, а также образующие координационные решетки с атомами металлов в составе белков – ферментов.

По форме различают

Глобулярные белки – это плотно свернутые полипептидные цепи сферической формы, для них важна третичная структура. Хорошо растворимы в воде, в разбавленных растворах кислот, оснований, солей. Глобулярные белки выполняют динамические функции. Например, инсулин, белки крови, ферменты.

Фибриллярные белки – молекулы вторичной структуры. Они построены из параллельных, сравнительно сильно растянутых пептидных цепей, вытянутой формы, собранные в пучки, образуют волокна (кератин ногтей, волос, паутины, шелка, коллаген сухожилий). Выполняют преимущественно структурную функцию.

Функции белков:

Строительная – белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран, шерсти, волос, сухожилий, стенок сосудов и т.д.

Транспортная – некоторые белки способны присоединять к себе различные вещества и переносить (доставлять) их из одного места клетки в другое, и к различным тканям и органам тела. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ. В состав клеточных мембран входят особые белки, обеспечивающие активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки и в клетку – осуществляется обмен с внешней средой.

Регуляторная функция – принимают участие в регуляции обмена веществ. Гормоны влияют на активность ферментов, замедляя или ускоряя обменные процессы, изменяют проницаемость клеточных мембран, поддерживают постоянство концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в процессе роста. Гормон инсулин регулирует уровень сахара в крови путем повышения проницаемости клеточных мембран для глюкозы, способствует синтезу гликогена, увеличивает образование жиров из углеводов.

Защитная функция = Иммунологическая. В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки - антитела, способные связывать и обезвреживать их. Синтез иммуноглобулинов происходит в лимфоцитах. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений.

Двигательная функция. Сократительные белки обеспечивают движение клеток и внутриклеточных структур: образовании псевдоподий, мерцании ресничек, биении жгутиков, сокращении мышц, движении листьев у растений.

Сигнальная функция. В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

Запасающая функция. В организме могут откладываться про запас некоторые вещества. Например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется в селезенке, образуя комплекс с белком ферритином. К запасным относятся белки яйца, молока.

Энергетическая функция. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Распад идет сначала до аминокислот, а потом – до воды, аммиака и углекислого газа. Однако в качестве источника энергии белки используются тогда, когда израсходованы жиры и углеводы.

Каталитическая функция. Ускорение биохимических реакций под действием белков - ферментов.

Трофическая. Питают зародыш на ранних стадиях развития и запасают биологически ценные вещества и ионы.

Липиды

Большая группа органических соединений, являющихся производными трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Поскольку в их молекулах преобладают неполярные и гидрофобные структуры, то они нерастворимы в воде, а растворимы в органических растворителях.

В основу классификации белков положены разные признаки. Так, простые белки отличаются от сложных разными продуктами гидролиза.

Простые белки (протеины) гидролизуются до аминокислот.
К ним относятся запасные, скелетные и ферментные белки.
По растворимости в отдельных растворителях выделяют главные:

ü альбумины – белки с относительно небольшой молекулярной массой, хорошо растворимы в воде и в слабых солевых растворах; нейтральны; трудно осаждаются солями. Содержаться в курином белке, молоке;

ü глобулины – нерастворимы в воде, но растворяются в растворах солей; имеют слабо кислую реакцию. Содержаться в сыворотке крови, мышечной ткани, молоке, курином яйце. Молекулярная масса от 69000 до 300000 у.е. В растительном мире глобулины составляют большую часть белка многих семян, особенно бобовых
и масленичных культур;

ü глютелины – растворяются только в растворах щелочей. Содержаться в рисе, в клейковинных белках пшеницы.

ü проламины – белки, не растворимые в воде, растворимы в 80% спирте, содержаться в зернах злаках: пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, овса.

Сложные белки (протеиды) гидролизуются до аминокислот
и веществ небелкового происхождения. Отметим только следующие:

ü фосфопротеиды – белки, гидролизующиеся до аминокислот
и фосфорной кислоты; это казеин молока и вителлин желтка куриного яйца;

ü нуклеопротеиды – белки, гдролизующиеся до аминокислот
и нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

ü липопротеиды – белки, гидролизующиеся до аминокислот, жиров, лецитинов и других фосфатидов. Принимают участие
в формировании клейковинных белков.

Белковую часть сложных белков называют апобелком, небелковую - простетической группой.

Синтез белков

В состав природных белков входят 23 -аминокислоты. Возникает вопрос: каким образом небольшое количество кислот дает такое разнообразие белков? Ответ находится в порядке построения аминокислот в молекуле белка, их последовательности в природном полимере. Человеку удалось синтезировать несколько белков, ничем не отличающихся
от аналогичных природных.

Для того, чтобы добиться результатов без участия ферментов, человек был вынужден проводить синтез по этапам, принимая определенные приемы: защищать в аминокислотах то одну, то другую реакционную группировку. Так, синтез простейшего дипептида (Гли-Ала) из глицина и аланина осуществляют по этапам по схеме:

1 Карбоксил глицина защищают этерификацией спиртом:

2 Аминогруппу аланина защищают ацетилированием:

3 Соединяют (конденсация) производные аминокислот в дипептид:

4 Снимают защитные группы гидролизом.

На основе трех аминокислот можно получить трипептид, четырех-, тетрапептид и т.д. Более совершенный способ синтеза полипептидов был предложен в 1960 году американским ученым Мерифильдом. Этот процесс идет с участием смолы в качестве твердофазного компонента, сорбирующего защитные аминокислоты одну за другой, тем самым процесс как бы автоматизируется. Таким способом в 1968 году была синтезирована рибонуклеаза в результате проведения 369 последовательных реакций.

Структура белков

Свойства макромолекул белка в значительной степени зависят
от структуры, молекулярной массы, от аминокислотного состава
и пространственной ориентации.

Главная особенность белка, которая имеет решающее значение
для их функционирования – способность самопроизвольно формировать пространственную структуру, свойственную только данному белку (так называемая самоорганизация структуры). Эта структура может быть компактной (глобулярные белки) или вытянутой (фибриллярные белки).

В глобулярных белках пространственно сближенные функциональные группы аминокислотных остатков образуют ансамбли, обладающие высокой реакционной способностью (каталитические центры ферментов) или способностью к образованию комплексов с другими молекулами. К глобулярным относятся большинство белков.

Фибриллярные белки (коллаген, кератины) – обычно выполняют
в организме структурообразующую функцию. От способа укладки полипептидных цепей в этих белках зависит их прочность, растяжимость
и другие функциональные свойства.

В белках выделяют 4 уровня организации: первичная, вторичная, третичная, четвертичная.

Первичная структура – это уникальная последовательность расположения аминокислотных остатков в молекуле белка.

Вторичная структура – это -спираль, образованная скручиванием полипептидной цепи и поддерживаемая в пространстве с помощью водородных связей.

Третичная структура – “упакованная” -спираль в глобулу. Кроме водородных связей в данной структуре значение имеют еще и ионное и гидрофобное взаимодействия.

Четвертичная структура – это образование из нескольких глобул единой “субъединицы” (это наиболее уязвимая структура, которая подвергается разрушению при любом вмешательстве в молекулу белка).