бышевский-биохимия для врача

\/

\/

NH

/

NH - СН2 - СН2 - СН2 - СН - СООН

N H 2

V.Ароматические аминокислоты

V

Рис. 5. Схема трехмерной структуры гемоглобина: прямолинейные участ­ ки — спирализованные фрагменты,изгибы — неспирализованные.

гентов с высвобождением субъединиц. Классический пример молекулы с четвертичной структурой — фермент лактатдегидрогеназа, который содержит четыре субъединицы (одинаковые или двух типов).

Интересен белок оболочки вируса табачной мозаики — он состоит из 2130 субъединиц (рис.6).

Рис. 6. Четвертичная структура белка оболочки вируса табачной мозаики (глобулярные молекулы — отдельные субъединицы).

2.1.2. Свойства белков

Форма молекул характеризуется соотношением осей белковой молекулы, которая пространственно представляет собой эллипсоид вращения. Для боль­ шей части глобулярных белков это соотношение составляет от 2 до 30, для фибриллярных — больше 30.

Молекулярная масса белков устанавливается измерением скорости седи­ ментации и диффузии, по вязкости, гель-хроматографической подвижности, по данным измерения светорассеяния, осмотического давления. Для одноце­ почных белков она леж ит в пределах от 10 до 100 кДа, для большинства многоцепочных олигомерных белков — от 50 до 1 000 кДа и более.

Амфолитная природа белковой молекулы зависит от наличия кислых и основных групп в боковых цепях и от их распределения (вклад концевых амино- и карбоксильных групп в общий заряд молекулы невелик). В кислой области pH молекулы белка несут основной, в щелочной области — отрицательный заряд.

Значение pH, при котором положительный и отрицательный заряды уравнове­ шиваются, т.е. молекула приобретает характер цвиттер-иона, называют изоэлектрической точкой. Ее значение зависит от ионной силы и вида буфера, так как нейтральные соли влияют на степень ионизации ионогенных групп боковых цепей, что выражено уравнением:

Белок-катион « — белок-цвиттер-ион ■ - — белок-анион

На этой особенности белков основывается их буферное свойство, сущ ествен­ ное в физиологическом отношении (см. «Буферные свойства гемоглобина»).

Растворимость зависит от pH раствора, природы растворителя (его диэлек­ трической проницаемости), концентрации электролита, т.е. от ионной силы и вида противоиона и, естественно, от структуры данного белка. Хорошо растворимы глобулярные белки, значительно хуже — фибриллярные.

При низкой ионной силе ионы повышают растворимость белка, нейтрализуя его заряженные группы. Так, эуглобулины нерастворимы в воде, но растворя­ ются в слабых растворах поваренной соли. При высокой ионной силе ионы способствуют осаждению белков, как бы конкурируя с ними за молекулы воды

— так называемое высаливание белков.

Органические растворители осаждают белки, вызывая их денатурацию. Электролитические свойства белков обусловлены тем, что в основной среде

молекулы ведут себя как полианионы с отрицательным, а в кислой среде — как полианионы с положительным суммарным зарядом. Это определяет способ­ ность белков мигрировать в электрическом поле к аноду или катоду, в зависимости от суммарного заряда. На этом свойстве белков основан анализ их смеси — электрофорез. В частности, в диагностических целях используют электрофоретическое разделение белков сыворотки крови при pH 8,6 (рис.7).

Денатурация белка — следствие разрыва слабых связей, ведущего к разруш е­ нию вторичной и третичной структур. Молекула денатурированного белка неупорядоченна — она приобретает характер случайного («статистического») клубка. Как правило, денатурация белка необратима, но в некоторых случаях после устранения денатурирующего агента может произойти «ренатурация» — восстановление вторичной и третичной структур, а следовательно, и свойств.

Денатурирующие агенты: высокие температуры (разрыв водородных и гидрофобных связей), кислоты и основания (нарушение электростатических связей), органические растворители (нарушение преимущественно гидрофоб­ ных связей), мочевина и гуанидин (нарушение водородных связей).

К денатурирующим агентам относятся такж е детергенты, соли тяж елы х металлов, ультрафиолет и другие виды излучений.

Денатурация не нарушает ковалентных связей, но повышает их доступность для других факторов, в частности для энзимов.

2.1.3. Классификация белков

Систематизировать белки по структурно-функциональным параметрам невозмож­ но, так как первичные структуры известны лишь для части из них.

По составу белки можно разделить на простые и сложные, первые содержат в молекуле только аминокислоты, вторые — еще и другие структуры (добавоч­ ные или простетические группы).

Простые белки по растворимости и пространственному строению разделя­ ют на глобулярные и фибриллярные.

Глобулярные белки отличаются шарообразной формой молекулы (эллипсо­ ид вращения), растворимы в воде и в разбавленных солевых растворах. Хорошая растворимость объясняется локализацией на поверхности глобулы заряженных аминокислотных остатков, окруженных гидратной оболочкой, что обеспечивает хороший контакт с растворителем. К этой группе относятся все ферменты и большинство других биологически активных белков, исключая структурные.

Среди глобулярных белков можно выделить:

1)альбумины — растворимы в воде в широком интервале pH (от 4 до 8,5), осаждаются 70-100%-ным раствором сульфата аммония;

2)полифункциональные глобулины с большей молекулярной массой, труд­ нее растворимы в воде, растворимы в солевых растворах, часто содержат углеводную часть;

ды и холестерол), металлопротеины (ион металла, связанный ионной или координационной связью), фосфопротеины (остатки фосфорной кислоты, свя­ занные через остаток серина или треонина), нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты), хромопротеины (окрашенный компонент — пигмент или хромоген).

Из множества сложных белков мы рассмотрим только нуклеопротеиды и важнейший хромопротеид — гемоглобин.

Нуклеопротеиды — соединения, молекула которых состоит из простого белка и нуклеиновой кислоты: дезоксирибонуклеиновой (ДНК) или рибонукле­ иновой (РНК).

ДНК — неразветвленный полимер, образованный из связанных меж ду собой нуклеотидов, содержащих дезоксирибозу. Нуклеотид включает одно из четы ­ рех азотистых оснований (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) или цитозин (Ц), остаток рибозы и фосфорной кислоты (Р) (См. следующую стр.).

Нуклеотиды в полимере соединены между собой через остаток фосфорной кислоты, образующей эфирную связь с С-3 в остатке рибозы предшествующего нуклеотида (рис.8).

Нуклеотидный состав ДНК во всех соматических клетках данного организма одинаков, не зависит от возраста и физиологического состояния. Однако у разных видов набор нуклеотидов в ДНК заметно различается.

Для ДНК всех видов клеток характерно равенство между количеством

В

в, в2 в3 в4 в5

Рис. 8. А — схема полимерной цепи, образованной чередую щ имися остат­ ками дезоксирибозы и фосфатов, из цепи выступают пуриновые и пиримиди­ новые основания. В — дезоксирибоза представлена вертикальным о тр езко м прямой, В( — В5 — азотистые основания. Остатки Р связаны с С -3 одной м ол е­ кулы дезоксирибозы и с С-5 другой. У первого нуклеотида остаток Р остается свободным, у молекулы последнего нуклеотида свободным остается гидрок­ сил у С -3.