Пространственная структура белка

Выполнение функций зависит от пространственной информации о молекуле.

Конформация – форма, свойственная каждому белку.

Существует 4 структуры белка:

Ι. Первичная структура – полипептидная цепь аминокислот. Все связи прочные, ковалентные. Определяет свойства белковой молекулы, закреплена генотипом и не меняется.

ΙΙ. Вторичная структура – упорядоченное свертывание цепи. Структура – α-спираль(пружина), удерживается пептидной связью. Водородные связи существуют между COOH и NH₂ на соседних витках.Водородные связи слабее пептидных, но благодаря их количеству, молекула представляет собой прочную конструкцию. Примерами явл. Сократительные белки.

ΙΙΙ. Третичная структура – конфигурация, образованная в результате образования изгибов в цепи и наложения одних участков на другие. Связь обеспечивается гидрофобными соединениями, S-S связями, ионными связями.

Это транспортные белки, ферменты, антитела.

ΙV. Четвертичная структура – сложный комплекс, объединяющий несколько молекул с третичной структурой.

Субъединицы присоединяются к другим субъединицам или к макромолекулам других веществ. Субъединицы удерживаются ионными, гидрофобными и электростатическими взаимодействиями и иногда бисульфитными связями.

Наиболее изученный белок – гемоглобин НВ^Нв. Присутствует в эритроцитах, в виде агрегатов, состоящих из 4 субъединиц: 2 α-цепей и 2 β-цепей, каждая из которых имеет структуру 2 α-спиралей. Вся цепь свернута в глобулу. С каждой субъединицей связана молекула железа. Только так гемоглобин способен функционировать и переносить О₂ и СО₂.

Таблица№4. Биологическая роль белков.

Группа	Функции	Примеры
Ферменты	Биокатализаторы, ускоряют в 100.000 —1000000 раз.	Амилаза, и т.д.
Структурные	Явл. структурными компонентами мембран. В составе волос, ногтей, сухожилий, стенок сосудов.	Коллаген, этастин, кератин
Двигательные	Движения (мышцы, жгутики, реснички, листья).	Актин,меозин,тубулин.
Защитные	Предохраняют от антигенов и механических воздействий.	Антитела,фибриногены, тромбины.
Запасные	Питают зародыш на ранних стадиях, запасают пит.вещества и ионы.	Казеин, ферритин, яичный белок.
Транспортные	Связывают и переносят молекулы и ионы.	Гемоглобин, альбулин
Регуляторные	Гормональная регуляция	Инсулин, адреналин.
Источник энергии	1г – 17,6 кДж. Используется в крайних случаях.
Сигнальные	Прием сигналов из внешней и внутренней среды, изменяют третичную структуру на влияние факторов.

Ферменты.

Все химические реакции осуществляется при наличии белков-ферментов.

Ферменты – специфические белки, обязательно присутствующих в клетках в роли биокатализаторов.

Свойства:

1. Специфичность (каждый катализатор регулирует одну реакцию в одном направлении);

2. Глобулярные белки третичной и четвертичной структуры.

3. При денатурации дают характерные реакции. При гидролизе ферменты образуют АК. Есть ферменты, активность которых регулируется коферментами. Большинство обладают огромной молекулярной массой.Каталаза-222000, синтетаза – 1000000, нуклеаза -14000. Ферменты увеличивают скорость химических реакций в 10⁴-10⁶ раз, но сами не расходуются. В каждой клетке находится столько ферментов, сколько разновидностей реакций в ней происходит.В клетках печени – до 10000, в жировых клетках – 8000 ферментов.

4. Ферменты активны в определенной среде и при определенной температуре, при повышении до 40^оС, активность фермента возрастает (увеличение на 10^оС – увеличение скорости в 2 раза)., при 40-45^оС – процесс денатурации и его активность падает и прекращается вовсе. Для большинства реакций оптимум 35-38^оС. Для каждого фермента существует оптимум РН среды. Пепсиин – 1,5 – 2,5 РН, Липаза – 4,7 – 5,0 РН.Для большинства ферментов оптимальна нейтральная среда.

5. Большая эффективность действия при малом содержании т.к. ферменты не разружаются т.е. небольшое количество катализирует относительно большое количество веществ.

6. Реакции с ферментами обратимы.

 

Строение.

Ферменты – глобулярные белки третичной и четвертичной структуры.

В молекуле различают:

1) Субстратный центр(S) активный центр фермента

2) Каталитический центр (К)

3) Регуляторный центр (А)

S-центр отвечает за связывание фермента и субстрата, подготовку субстрата к химической реакции.

К-центр преобразует субстрат в продукт реакции, отвечает за протекание реакции.

А-центр участок фермента, с которым могут соединяться различные вещества (регуляторы, активаторы, ингибиторы).

.

График №1. Влияние температуры на свойства фермента.

 

 

Механизм действия

Реакция происходит в несколько этапов.

1)Фермент соединяется с субстратом, образует короткоживущий субстратно-ферментный комплекс.

2) происходит химическая реакция, образуется фермент-субстратный комплекс с видоизмененным субстратом, а потом фермент-продукт реакции.

3) Фермент-продукт реакции распадается на продукт реакции и фермент.

Фермент не изменяется и может взаимодействовать с другими молекулами вещества.

Е+S=ES=ES¹=EP=E+P

E. -фермент

S. -субстрат

Р. - продукт

Классификация ферментов

По строению

А) простые (однокомпонентные) состоит только из белковой части, активность обусловлена А-центром;

Б) сложные (двухкомпонентные) состоит из белка и небелковой части (кофермента).

Коферментами могут быть:

Витамины (E, K, B₁, B₆, B₁₂ , С и т.п.)

НАД (никотинамидадениндинуклеотид)

НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат)

ФАД (флавинадениндинуклеотид)

АТФ (аденинтрифосфат).

Номенклатура

Научное название дают по химическому названию субстрата, на который фермент воздействует или по типу катализируемой реакции.

Рабочее название дается по субстрату + аза (амилаза, липаза и т.д.)

По типу катализируемой реакции

1) Оксидоредуктазы – реакции ОВР, путем переноса протонов и электронов.

А•Н + В = А⁺ + В•Н Дегидрогеназа, оксидаза.

2) Трансферазы – реакция переноса групп атомов или молекулы от одного вещества к другому.

А•В + С = А⁺ + В•С Аминотрансфераза, фосфортрансфераза.

3) Гидролазы – реакция расщепления водой.

АВ+ НОН = АОН + ВН Амилаза, мальтаза, липаза.

4) Лиазы - реакция негидролитического отщепления групп атомов с образованием двойной связи.

R-C-C-ОН = R-C-H + CO₂ Альдолаза

‖ ‖ ‖

O O O

5) Изомеразы – реакция создания изомеров вещества.

АВ=ВА Мутаза

6) Синтетазы – реакции присоединения друг к другу мономеров с потреблением энергии

А+В+ АТФ = АВ + АДФ + Ф синтетаза

Углеводы.

Углеводы – сложные органические вещества, содержащие в составе атомы С, Н, О в соотношении 1:2:1. Общая формула С_хН_2хО_х, где х ≥ 3.

Содержание углеводов в клетке животных – 1-5%, в растениях – до 70% сухой массы.

Образуется из углекислого газа и воды в реакции фотосинтеза.

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

По химической организации различают простые и сложные.