Фибриллярные белки. Коллаген.

Фибриллярные белки выполняют чаще структурную функцию, есть белки межклеточного матрикса и цитоскелета. Коллаген, эластин, кератин, актин, миозин, фиброин.

Коллаген. Семейство белков межклеточного матрикса 25-33% от суммарного белка в организме. Главный компонент соединительной ткани, входит в состав кожи, костей, сухожилий, хрящей, зубов. Коллаген – полиморфный белок, представлен 28 типами. Более 40 генов кодируют различные формы коллагена. Коллаген 1 типа наиболее распространен: кожа, кости, сухожилия. Молекула из двух полипептидных цепей разного состава: альфа – 1 и альфа-2. Коллагены других типов образованы тремя одинаковыми полипептидными цепями много аминокислотного состава. Для коллагена характерна значительная посттрансяционная модификация, которая меняется в ходе онтогенеза. В первичной структуре последовательность Гли-Х-У. В результате модификации может появиться оксилизин. К образующимся ОН-группам добавляются галктоза и глюкоза, поэтому они гликопротеины и могут связывать воду. Плавление происходит в узком температурном интервале. Точка плавления превышает всего на несколько градусов температуру кожи. Гидроксилирование пролина вызывает стабильность и повышение температуры плавления коллагена. Коллаген синтезируется в виде предшественника. Проколлаген синтезируется фибробластами. В результате получается тропоколлаген, который упаковывается в коллагеновые волокна неравномерно по длине. Далее коллагеновое волокно стабилизируется системой поперечных сшивок, от количества и характера которых регулируется эластичность волокна. Изменение этого процесса в онтогенезе объясняет изменение физические свойств коллагена в онтогенезе. Особенности аминокислотного состава коллагена обеспечивает формирование его специфической структуры. Образование поперечных связей в волокнах коллагена также может нарушаться биогенными аминами (напр., бета-аминопропионитрилом), попадающими в организм животного с некоторой растительной пищей или при дефиците в организме ионов меди (для лизиноксидазы), что вызывает глубокие поражения кожного покрова. В стенках клеток растений обнаружены богатые оксипролином гликопротеины, играющие важную роль структурообразующих белков.

 

 

Иммуноглобулины.

· Синтезируются в организме позвоночных

· Характеризуются чрезвычайным разнообразием

· Способны распознавать и специфически связывать чужеродные молекулы – антигены, а также включать механизмы их уничтожения, выполняя защитную функцию антител.

· Случаи образования прочных комплексов с участием белковых молекул широко известны. Напр., связывание авидином (белком куриного яйца) витамина биотина, или ферментами – специфических ингибиторов и т.п.Многообразие иммуноглобулинов:

Различают 5 классов – IgA, IgD, IgG, IgE, IgM

• Каждый включает ряд подклассов

• Каждый иммуноглобулин содержит лёгкие и тяжелые цепи

• Примерная молекулярная масса цепей – 15-70 кДа

• Для каждой цепи характерна доменная организацияСтруктура иммуноглобулина G:

Четвертичная структура молекулы образована двумя тяжёлыми (Н) и двумя лёгкими (L) цепями (субъединицами), что можно выразить формулой (Н 2 L 2). Целостность структуры поддерживается нековалентными взаимодействиями и межсубъединичными дисульфидными мостиками

• В пространственной структуре обеих цепей иммуноглобулинов часто выделяются домены.

• Лёгкие цепи содержат по два домена, а тяжёлые – по четыре.

• Первичные структуры NH₂–концевых доменов цепей обоих видов очень разнообразны. Их называют вариабельными – V _L  и V _H.

• Остальные домены являются константными – С (С_L, C_H1, C_H2, C_H3 – номера возрастают к карбоксильному концу полипептида).

Доменная структура делает молекулу иммуноглобулина весьма подвижной.

Вариабельные домены VL и VH,

взаимодействуя между собой, формируют единый центр связывания антигена.

Два сдвоенных домена (VL + VH) и

(СL + CH1) образуют общую структуру,

называемую Fab-фрагментом (Fragment antibody binding) – связывающий антигены.

• Fab -фрагменты обладают значительной гибкостью, и угол между ними может достигать 180 град. Это обеспечивается шарнирным участком, богатым остатками пролина.

• Некоторые патогенные микроорганизмы способны разрушать этот участок с помощью протеолитических ферментов, что может привести к разделению Fab- и Fc-фрагментов и, в отдельных случаях, - к инактивации, напр., иммуноглобулина А.

«Хвостовая» часть представлена доменами (CH2 + CH3) и обозначается как Fc-фрагмент (crystallizable – кристаллизующийся).

Этот участок отвечает за взаимодействие со специфическими рецепторами иммуноглобулинов и необходим для запуска цепи реакций, направленных на уничтожение связанного антигена.

l Гены, кодирующие как лёгкие, так и тяжёлые цепи, собираются из меньших по размеру генов.

l Их рекомбинации с другими генами дают огромное разнообразие синтезируемых иммуноглобулинов.

l Возможное количество вариаций превышает 10 млн.

Таким образом, доменный принцип организации и сложный характер формирования активных генов иммуноглобулинов позволяет создавать огромное разнообразие антигенсвязывающих белков.

Абзимы – антитела, специфические образующие структуры, химически эквивалентные переходному состоянию фермент-субстратного комплекса, наблюдаемому в ходе ферментативной реакции. Антитела – это ферменты с низкой каталитической активностью. Проблемы направленного синтеза ряда ферментов являются трудноразрешимыми или слишком дорогими. Поиск эффективных антител и способов их интенсивного накопления – важное направление молекулярной биологии. Изучение иммуноглобулинов позволяет глубже проникнуть в понимание ферментативного катализа. Это открывает возможность создания биологических катализаторов нового типа.

 

 

ФЕРМЕНТЫ

Главная функци я ферментов состоит в ускорении биохимических реакций, поэтому молекулярных биологов интересуют механизмы ферментативного катализа.

Особенности ферментативного катализа характеризуются протеканием: при низких температурах, При рН – часто близких к нейтральному значению, При нормальном атмосферном давлении, С высокой специфичностью, С отсутствием побочных продуктов реакции.

В целом ферментативная реакция может быть записана следующим образом:

E + S ßè ES ßè ES* ßè EP ßè E + P

Специфичность действия ферментов – это способность фермента осуществлять выбор субстрата строго определённой химической структуры из большой совокупности близких по строению веществ. Она является абсолютно необходимой, т.к. позволяет упорядочить метаболизм клетки и избежать образования ненужных побочных продуктов

Специфичность действия определяется структурой активного центра

Для ферментов с групповой специфичностью проводят исследования с группой субстратов, а для ферментов с абсолютной специфичностью проводят эксперименты, как с определённым субстратом, так и с его аналогами (в т. ч. – конкурентными ингибиторами).

Специфичность рассматривается в виде поэтапного процесса:

Специфичность образования фермент-субстратного комплекса (ФСК)

Для большинства ферментов для образования ФСК необходимы гидрофобные взаимодействия, которые позволяют выделить субстрат из окружающей полярной (водной) среды.

Первичная стадия «экстракции» субстрата производится активным центром.

Затем подключаются водородные связи, электростатическое взаимодействие и т. д

Показано, что переход молекулы субстрата из воды в окружение активного центра можно уподобить её переходу в неводный растворитель.

При этом рассматриваются две модели: экстракционная, экстракционно-конформационная.