В архитектуре клетки важную роль играют белки. Структурной основой мол-лы белка явл-ся полипепт. цепь. В клетке белки выполняют ряд важнейших функций: 1) Каталитическая, или ферментативная (избирательное связывание молекул субстрата и осуществление химических реакций. Белки могут ускорять химические реакции в 10⁶ раз. Предполагают, что существует 200 000 белков); 2) Структурная ( белки-основной структурный элемент, архитектура клетки определ-ся белковым цитоскелетом и липидными бислойными мембранами (строительные компоненты клеточных и внеклеточных структур – коллаген, спектрин); 3) Энергетическая (форма запасания питательных веществ); 4) Транспортная (транспорин, гемоглобин, Na⁺, К⁺-АТФаза); 5) Сигнальная, или информационная (многие сигнальные молекулы, гормоны имеют белковую природу – инсулин. Белки образуют сигнальные каскады переноса информации в клетке – родопсин, G-белки); 6) Механическая, или двигательная (белки-моторчики – актин и миозин) способны совершать движение со скоростью неск тысяч сокр в секунду; 7) Защитная (иммунная) защ-т от чужеродных систем; 8) Регуляторная (регуляторы многообразных клеточных процессов – роста, дифференцировки, пролиферации).

В мол-ле АК присутст. центральный атом углерода, к кот.присоед. 4 хим. группировки. Белки, АК- линейные гетерополимеры. Линейная полимерная цепь белков обладает высокой гибкостью и высокой внутр. динамикой. Благодаря им полипептидная цепь мол-л белка сворачивается и обр. опр. структуры (глобула или фибрилла). Выделяют неск. типов АК: -монокарбоновые к-ты, -диаминокислоты, -полярные и неполярные АК, -ароматические и анифотические АК. Выделяют серосоединения АК(цистит содержащие–SH-группу) Классификация АК:1. гидрофобные и гидрофильные; 2. ароматические и алифатические; 3. по природе заряда: нейтральные, основные, кислые; 4. моноаминомонокарбоновые и диаминомонокарбоновые; 5. заменимые и незаменимые; 6. серосодержащие и не- (цистеин, цистин, метионин). Благодаря наличию центрального атома углерода все АК кроме глицина обл-т стериоизомерией (оптической активностью). Выделяют L и D- АК. Cв-ва АК: хорошо раствор.в воде, плохо в органич. раствор-лях; кристаллизуются из нейтральных водных р-ров в форме биполярных ионов.

Очень большую роль в молекуле белка играют дисульфидные мостики. В молекуле аминокислоты присутствует центральный атом С(α)-атом углерода, к которому присоединено четыре химические группировки.

R

OC ─ C(α) ─ NH   α-аминокислота CORN (если читать по часовой стрелке)

   H

6.Пептидная связь. Пептидная связь-это хим.связь, образуемая между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильн. группой другой к-ты с отщеплением молекулы воды. Длина пептидн.связи 0,132 нм.С-ва α-спирали: макс.насыщенна водородными связями. Пепт.связь носит полуторный характер за счет перераспределения электронной плотности. Вращение хим. группировок вокруг полуторной связи в отличие от одинарной запрещено. Следствием этого является плоский характер пепт. группы. Все атомы, входящие в пепт. группу в том числе альфа атомы углерода соседних аминокислот лежат в одной плоскости. Как показал в работах Полинг атомы образующие состав пепт.единицы лежат в одной плоскости- это концепция планарности пепт.групп. Она явл. основным принципом структурной организации белка. Уровни структ. организации белка:первичная структура-это последовательность аминокислотных остатков в полипеп. цепи. Перв. структура определяет все остальные уровни молекулы белка и соответственно выполняемую белком функцию.Благодаря наличию центр. атома С все АК (кроме глицина) обладают оптической активностью или стереоизомерией. Полинг и Кори (1951) предложили α -спираль и β -структуру. α - правозакрученная спираль (присут. в глобулярных структурах). Атом Н каждой пепт. группы взаимод. с атомом О 4-ой пепт. группы.Полный виток α спирали включает 3,6 аминокислотных остатка. Втор.структура-это способ укладки полипепт. цепи в пространстве. β - структура-паралельная и антипаралельная структура, β изгиб-сдесь полип. цепь поварачивается на 180 градусов. Сущ. хаотический клубок(полипепт.связь хаотично скрученна)или нерегулярная структура. Втор.стр. молекул белка стабилиз. водор. связь.

Водородная связь-это взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами, между которыми находится атом водорода. В качестве электроотр. атомов, являющимися донорами водорода могут выступать-атомы О, S, N. Вод.св. осуществляется в результате туннельного перехода между двумя электроотр. атомами. Нековалентное Вандер-вальсовое взаимод.-это слабые взаимод. возникающие между электронейтральными атомами или молекулами, но облад. дипольными свойствами. Диполи бывают постоянные (харак. нессиметричным расположением зарядов) и индуцированные.Третичная структура-это способ укладки в молекуле белка α цепей, β участков. Четвертичная структура встречается у белков состоящих из 2-х или более пептидных цепей.Иногда выделяют Пятиричную структкру мол.белка-это образование в пространстве структуры,состоящей из ряда белков,выполняющих единую функцию.

7. Силы, стабилизир вторичную структуру. Вторичная стр-ра молек белка стабилизирует водородная связь. Вандерваальсовые силы- взаимодействие между электро-нейтральными молек которые представл собой диполь. Диполь- частица или молекула в которой благодаря ассиметричному распределению зарядов возникают 2 полюса. Водородная связь - это связь между двумя электро -отрицательными атомами (O, S, N) между которыми находятся атом водорода. (–O… H-O-). Энергия водородн связи от 4-10кДж. Третичная ст-ра белка – это способ организации в пространстве элементов вторичной структуры (тритичн стр-ра эта структура одной субъединицы молекула белка). Электростатические силы, возникающие между точечными зарядами, определяют взаимодействие белков с другими заряженными макромолекулами. Силы Ван-дер-Ваальса — второй по значимости фактор (после водородных связей), придающий стабильность глобулярным протеинам, на третьем месте — гидрофобные взаимодействия. Для существования стабильной свернутой белковой конформации вклад этих сил должен компенсировать дестабилизационное воздействие гидратации полярных аминокислот и вклад в конфигурационную энтропию при разворачивании.

8. Белковая глобула — белки, в молекулах которых полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры — глобулы (третичные структуры белка). Глобулярная структура белков обусловлена гидрофобно-гидрофильными взаимодействиями. К глобулярным белкам относятся ферменты, иммуноглобулины, некоторые гормоны белковой природы (например, инсулин) а также другие белки, выполняющие транспортные, регуляторные и вспомогательные функции. У глобулярных белков отношение длинной оси молекулы к короткой (степень асимметрии) равна 3-5.Гидрофобные взаимодействия- это взаимодействия между молекулами к которым термодинамически более выгодно находится в контакте друг с другом нежеле в контакте с молек воды. Дисульфи́дная связь — ковалентная связь между двумя атомами серы, входящими в состав серусодержащей аминокислоты цистеина. Образующие дисульфидную связь аминокислоты могут находиться как в одной, так и в разных полипептидных цепях белка. Дисульфидные связи образуются в процессе посттрансляционной модификации белков и служат для поддержания третичной и четвертичной структур белка. Физико химические свойства:Электрические свойства белковых молекул- определяются присутствием на их поверхности положительно и отрицательно заряженных аминокислотных остатков. Наличие заряженных группировок белка определяет суммарный заряд белковой молекулы; Растворимость белков - бывают растворимые и нерастворимые в воде. Растворимость белков зависит от их структуры, величины рН, солевого состава раствора, температуры и других факторов и определяется природой тех групп, которые находятся на поверхности белковой молекулы. К нерастворимым белкам относятся кератин (волосы, ногти, перья), коллаген (сухожилия), фиброин (щелк, паутина). Многие другие белки растворимы в воде; Денатурация белка – при денатурации происходит нарушение нативной кон-формации белков в результате разрыва слабых связей (ионных, водородных, гидрофобных взаимодействий). В результате этого процесса могут разрушаться четвертичная, третичная и вторичные структуры белка. Первичная структура при этом сохраняется. Те изменения, которые произошли при нагревании, называются денатурацией; незначительная диффузия ; способность к набуханию в больших пределах; оптическая активность ; подвижность в электрическом поле; низкое осмотическое давление . Д ля белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей, характерна четвертичная структура. Под четвертичной структурой понимают объединение отдельных полипептидных цепей с третичной структурой в функционально активную молекулу белка. Каждая отдельная полипептидная цепь называется протомером и чаще не обладает биологической активностью. Важную роль в стабилизации третичной структуры белка играют водородные связи и ионное взаимодействие. Указанные силы успешно сочетают прочность структуры белка и ее довольно значительную подвижность, что чрезвычайно важно для выполнения функций. В ряде белков прочность структуры укрепляется дополнительно и ковалентными дисульфидными связями.

9. Денатурационные и неденатурационные конформационные переходы в молекулах белков. Конформация молекулы белка – это определенная с точностью до координат отдельных атомов структура молек. белка. Субъединица – структурная единица многосубъединичных белков построенная из одной полипеп. цепи. Домен-компактная структурная единица молек. белка, включающая часть полипеп. цепи. Сущ. множество возможных вариантов укладки или сворачивания полип.цепи, однако реализуется 1 тип свертывания соответствующий минимальной энергии молек. белка.

В активный центр молек. белка могут входить как аминокислоты находящиеся рядом по полип.цепи, так и оказавшиеся сближенными в резерв сворачивания полип. цепи. Неправильное сворачивание полип.цепи может привести к нарушению или полной потере функциональной активности, к развитию патологий. Молек. белка наход. в пост.движении - это так называемая конформационная подвижность. Функционирование молек. белка связано с определ. конформационными перестройками в его молекуле. Скорость катализируемых белком процессов определяется структурной подвижностью белка. Самый важный структурный переход в мол.белка-это переход между нативным и денатурированным состоянием. Денатурированное состояние-лишенное всякой структуры, так называемый, хаотичический клубок. Исследования процессов денатурации белков дает инф. о стабильности молек. белка. Этот метод основан на регистрации количества тепла, выделяющегося в процессе денатур. белка. Денатурацию белка можно вызвать нагреванием, изменением РН, высокими концентрациями солей, взаимод. с ионами тяж.металлов. Денатур. молек. Белка - фазовый переход 1рода, протекающий по принципу все или ничего т. е. напоминает процесс плавления кристалла.

Динамика белковой молекулы. Изменение конформационного состояния молекулы белка за счет различных внешних воздействий (рН, температура, ионный состав) отражается и на его функциональной активности. Конформационные перестройки происходят весьма быстро. На первых стадиях они носят локальный микроконформационный характер, вызывая смещения лишь отдельных атомных групп.

10. Функции белков. Классификация функций белков. Белковые макромолекулы представляют основные структурные компоненты клетки и межклеточных и внеклеточных образований. В клетке белки выполняют ряд важнейших функций:

1) Каталитическая, или ферментативная (избирательное связывание молекул субстрата и осуществление химических реакций. Белки могут ускорять химические реакции в 10⁶ раз. Предполагают, что существует 200 000 белков);

2) Структурная (строительные компоненты клеточных и внеклеточных структур – коллаген, спектрин); архитектура кл-ки определяется белковым цитоскелетом и липидными бислойными мембранами

3) Энергетическая (форма запасания питательных веществ);

4) Транспортная (альбумин, транспорин, гемоглобин, ферритин,Na⁺, К⁺-АТФаза);

5) Сигнальная, или информ-ая – белки - сигнальные мол-лы(инсулин, факторы роста, цитокины, рецепторы) воспринимаемые клеточные сигналы. Белки образуют сигнальные каскады переноса информации в клетке – родопсин, G-белки);

6) Механическая, или двигательная - ф-ия мышечного сокращения (белки-моторчики – актин и миозин, гиразы);

7) Защитная (иммунная - антитело) - иммуноглобулины, МНС, рецепторы на иммунокомпетентных клетках.

8) Регуляторная (регуляторы многообразных клеточных процессов – роста, дифференцировки, пролиферации, экспрессию ген. инф-ии.).

11. Ферментативный катализ. Ферменты-биологические катализаторы, обеспечивающие превращение одних химических веществ в другие (превращение субстрата в продукт за счёт многоточечного связывания субстрата и его активации). Ферменты как биокатализаторы характеризуются чрезвычайно высокой эффективностью. Фермент способен ускорять реакцию в 10⁸-10⁹ раз. Фермент как катализатор участвует в реакции, но не изменяется в ходе ее. Фермент не сдвигает положения равновесия в реакции, а лишь ускоряет достижение равновесия. Ферменты работают в мягких физиологических условиях. Каталитические реакции протекают в активном центре фермента. В состав акт центра могут входить коферменты, а также 3-5 аминокислот. В активном центре про исходит связывание субстрата, его активация, разрыв одиночных связей и образование других. Механизм ферментации заключается в уменьшении энергии активации реакции в присуствии фермента. Это достигается за счет многоточечного связывания субстрата в активном центре фермента. Механизм ферментативного катализа заключ в конформац перестройке молекулы белка фермента в ходе ферментативной реакции. Акт центр ферментв обладает высокой специфичностью – способен связывать только определенный тип молекул субстрата. Фермент и субстрат в ходе реакции образ равновесныйферментно-субстратный комплекс. Все ферменты имеют белковую природу Е+ S ► Е S ► P + E Концентрация субстрата во много раз больше концентрации фермента.

Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Уравнение: Сродство фермента к субстрату характеризуется константой Михаэлиса-Ментен.Км= ( k ₂ + k ₁ )/ k ₁ Скорость ферментативной реакции = количеству молекул субстрата (или молей субстрата) превращенных в единицу времени. Уравнение Михаэлиса-Ментен описывает зависимость ферментативного процесса от концентрации субстрата. Любой ферментативный процесс характеризуется 2-мя параметрами: Макс скоростью ферментативной реакции, константой Михаэлиса.

График Михаэлиса-Ментен позволяет одновременно определить Км и Vmax . Км численно= концентрации субстрата, при которой скорость реакции = половине максимальной скорости реакции.

Вместо Графика Михаэлиса-Ментен для определения Км и Vmax используют график двойных обратных координат (график Лайнуивера-Бэрка).

В 90-е годы Фишер предложил теорию точного соотвествия молекулы субстрата активному центру фермента (ключ-замок). 1959г – Кошланд предложил теорию индуцированного соответствия активного центра в молекуле субстрата (рука-перчатка).

13. Механизмы ингибирования. Активность фермента регулируется факторами среды и различного рода эффекторами. Активность фермента зависит от:

· Температуры

· рН срыды

Существует большая группа эффекторов которая связывается с ферментом, блокирует одну из стадий реакции (ингибиторы), либо напротив активируют (активаторы). Ингибиторы бывают:

· обратимые

· не обратимые ( ионы ртути , кобальта, меди и т.д)

Неспецифическое регулирование происходит путем изменения физ-хим условий среды. Регуляция ферм.активности может достигатся также путем 1)экспрессии генов 2) фосфорилирования и дефосфорилирования. Типы ингибиторов:

Конкурентный ингибитор- это ингибитор напоминает молекуле субстрата и конкурирует с субстратом за связывание с активным центром. Конкурентный ингибитор уменьшает срадство фермента к субстрату не влияя на максимальную скорость реакции.