Строение и функции белков

     На  поверхности белковой молекулы имеются  как положительно, так и отрицательно заряженные радикалы аминокислот. Количество этих групп, а следовательно, и суммарный заряд белков зависят от рН среды. Значение рН, при котором белок имеет суммарный нулевой заряд, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В ИЭТ количество положительно и отрицательно заряженных групп одинаково, т.е. белок находится в изоэлектрическом состоянии.

     Денатурация белков — это разрушение их нативной конформации, вызванное разрывом слабых связей, стабилизирующих пространственные структуры, при действии денатурирующих агентов.

      Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на   физические и химические.

Физические  факторы

      1. Высокие температуры. Для разных  белков характерна различная  чувствительность к тепловому  воздействию. Часть белков подвергается  денатурации уже при 40-50⁰С. Такие белки называют термолабильными. Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными.

      2. Ультрафиолетовое облучение

      3. Рентгеновское и радиоактивное  облучение

      4. Ультразвук

      5. Механическое воздействие (например, вибрация).

5.Денатурация  белков. Факторы, вызывающие денатурацию белков. Ренативация белка.

Химические  факторы

      1. Концентрированные кислоты и  щелочи. Например, трихлоруксусная  кислота (органическая), азотная  кислота (неорганическая).

      2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO₄).

      3. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон)

      4. Растительные алкалоиды.

      5. Мочевина в высоких концентрациях

     Денатурация сопровождается потерей биологической активности белка.

1. Уникальная трехмерная структура каждого белка разрушается, и все молекулы одного белка приобретают случайную конформацию, т.е. отличную от других таких же молекул.

2. Радикалы аминокислот, формирующие активный центр белка, оказываются пространственно удаленными друг от друга, т.е. разрушается специфический центр связывания белка с лигандом.

3. Гидрофобные радикалы, обычно находящиеся в гидрофобном ядре глобулярных белков, при денатурации оказываются на поверхности молекулы, тем самым создаются условия для агрегации белков. Агрегаты белков выпадают в осадок. При денатурации белков не происходит разрушения их первичной структуры. Удаление денатурирующих агентов диализом приводит к восстановлению конформации и функции белка, т.е. к ренативации (ренатурации).

     В клетке обнаружены семейства белков – шаперонов. Шапероны принадлежат к трем белковым семействам, так называемым белкам теплового шока (hsp60, hsp70, hsp90). Свое название эти белки получили потому, что и к синтез возрастает при повышении температуры и других формах стресса. При этом они выполняют функцию защиты белков клетки от денатурации. Белки — представители семейства hsp70 — связываются на начальной фазе образования растущего пептида. Одни из них контролируют процесс сворачивания белка в цитоплазме, другие — участвуют в переносе белков в митохондрии. Белки hsp60 охватывают синтезированный полипептид наподобие бочонка, тем самым обеспечивая условия для принятия правильной конформации. Также шапероны участвуют в таких фундаментальных процессах, как: ренативация частично денатурированных белков; 2) узнавание денатурированных белков и транспорт их в лизосомы; 3) формирование трехмерной структуры белков; 4) сборка олигомерных белков; 5) транспорт белков через мембраны.

     Молекулярные  шапероны предотвращают  денатурацию белков. Частично денатурированный белок попадает в полость шаперонинового комплекса. В специфической среде этой полости в условиях изолированности от других молекул цитозоля клетки выбор возможных конформаций белка происходит до тех пор, пока не будет найдена энергетически наиболее выгодная конформация. . Шаперонзависимое формирование нативной конформаций связано с расходованием значительного количества энергии, источником которой служит АТР (рис.4).

Иллюстративный  материал

Слайд-рисунок   1. Регулярные вторичные структуры  белков

Слайд-рисунок 2. Типы связей, возникающие между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры белка.

Слайд-рисунок 3. Уровни организации белков

Анимация:   Функции шаперонов

Литература:

1.Биохимия. Учебник /под редакцией член – корр РАН, проф. Е.С. Северина – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004.- 784 с

2. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: В 2-х томах. Т. 2. Пер. с англ: - М.: Мир, 1993. - 384с.

Контрольные вопросы (обратная связь):

Применение явления  денатурации белков  в медицине

Применение белков как лекарственных препаратов