Тема 8. Строение и функции белков. Фолдинг белков.

Цель: изучить строение, функции и организацию белковых молекул.

Основные вопросы темы:

1. Строение и классификация аминокислот.

2. Структуры белков. Характеристика первичной структуры белка.

3. Вторичная структура белка и ее особенности.

4. Третичная структура белка, особенности ее формирование.

5. Шапероны, и их функции.

6. Фолдинг белков.

Информационный блок:

Структуры белков:

У многих внутриклеточных белков имеется всего один или совсем небольшое число «партнеров», с которыми они взаимодействуют. В качестве примера можно привести рецептор и его лиганд, подходящие друг к другу, как замок и ключ. На другие типы рецепторов данный лиганд не действует, и каждый рецептор как правило активируется своим структурно близким лигандом или веществом. В отличие от этого, шапероны взаимодействуют с широким кругом белков, что позволяет им выполнять различную работу. Например, они помогают новосинтезированным аминокислотным цепочкам принимать правильную пространственную конфигурацию, при которой те могут выполнять свои функции; демонтируют поврежденные белковые молекулы; сопровождают белки к месту назначения, охраняя их от разного рода опасностей, и т.д.

Рассмотрим ряд примеров, иллюстрирующих, насколько важна каждая функция, и показывающих, как именно шапероны работают. Для того чтобы белок выполнил свою миссию, он должен не только оказаться в нужном месте в нужное время, но и «быть в форме», т.е. иметь подходящую конфигурацию. Только что сошедшей со «сборочного конвейера» (рибосомы) цепочке из аминокислот помогают разные факторы. Так, каждая ее аминокислота по-своему реагирует на водное окружение - цитоплазму. Гидрофобные аминокислоты стараются избежать контакта с водой и «прячутся» внутри белковой глобулы. В отличие от этого, гидрофильные аминокислоты предпочитают находиться в воде и выступают из глобулы наружу. Однако для обеспечения правильной пространственной укладки цепочки этого недостаточно, и здесь на помощь приходят шапероны, в частности HSP60.

В нашем понимании механизма действия HSP60 мы во многом обязаны Артуру Горвичу (Arthur L. Horwich) из Йельского университета. Он показал, что данный шаперон по своей структуре напоминает плод малины, состоящий из множества субъединиц. Его внутренняя полость высокогидрофобна и «втягивает» в себя гидрофобные аминокислоты еще не полностью свернувшейся белковой молекулы, заставляя последнюю изменить конфигурацию. Благодаря своей способности укладывать правильным образом белковые глобулы шаперон HSP60 получил название фолдазы (от англ. to fold - «укладывать, сворачивать»). Белок HSP100 напротив называют антифолдазой (от to unfold - «разворачивать»). Он тоже имеет субъединичную структуру, и в сотрудничестве с шапероном HSP70 демонтирует белки, получившие необратимые повреждения, разрушает ошибочно образовавшиеся агрегаты и даже заставляет развернуться полностью упаковавшуюся молекулу.

В отличие от белков типа HSP60, большинство шаперонов не втягивают в себя субстрат, а «берут его в клещи» или «сажают на крючок».

Функции различных белков в клетке:

1) Пластическая (строительная) функция. Белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур. 2) Каталитическая функция. Все биологические катализаторы – ферменты – вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз. 3) Двигательная функция. Обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц и многоклеточных животных, движение листьев у растений и др. 4) Транспортная функция. Происходит присоединение химических элементов (например, кислорода гемоглобином) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела. Очень много транспортных белков в мембранах клеток, они перенося различные вещества из окружающей среды в клетку. 5) Защитная функция. При поступлении чужеродных белков или микроорганизмов в лейкоцитах образуются особые белки - антитела. Они связываются с чужеродными веществами- антигенами. В результате образуется безвредный, нетоксичный комплекс – антигенантитело, который впоследствии фагоцитируется. 6) Энергетическая функция. Белки могут служить источником энергии. При полном расщеплении 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии. Однако, в таком качестве белки используются очень редко. 7) Регуляторная функция. Происходит за счет особых белков – гормонов. Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах. Например, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови. 8) Сигнальная функция. В мембрану встроены особые белки, способные изменять свою третичную структуру на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача информации в клетку.

Самостоятельная работа студентов :

Раб.1. Какие химические связи поддерживают в устойчивом состоянии молекулу гемоглобина? (письменный ответ)

Раб.2. Выполнение тестового задания:

1. Сколько разных аминокислот участвует в биосинтезе белка:

- 20

- 50

- 100

- 15

- 27

?

2.Кодирование аминокислот несколькими триплетами это свойство:

- избыточности;

- универсальности;

- специфичности;

- неперекрываемости;

- непрерывности.

?

3.Последовательность аминокислотных остатков, связанных друг с другом пептидными связями это:

- вторичная структура;

- первичная структура;

-третичная структура;

- четвертичная структура;

-фолдинг.

?

4.К структурным белкам относятся:

- коллаген, гистоны;

- иммуноглобулины;

- гемоглобин, альбумин;

- ферменты, гормоны;

- актин и миозин.

?

5.При шифровке аминокислот тремя нуклеотидами образуется:

- 16 триплетов;

- 61 триплет;

- 64 триплета;

- 36 триплетов;

- 72 триплета.

?

6.Сколько триплетов в генетическом коде являются бессмысленными (нонсенс-кодонами):

- 61;

- 4;

+-3;

- 12;

- 16.

?

7.Какое свойство кода является верным:

- неспецифичность;

- перекрываемость;

- коллинеарность;

- триплетность;

- прерывистость

?

8.Чем различаются аминокислотные остатки:

- трехчленным остовом;

- аминогруппой;

- радикалами;

- метильной группой;

- карбоксильной группой.

?

9.Укладка фрагментов пептидной цепи в α-спираль и β-структуру называется:

- первичной структурой;

- вторичной структурой;

- третичной структурой;

- четвертичной структурой;

- аминокислотной последовательностью.

?

10.Белки, выполняющие транспортные функции;

- иммуноглобулин;

-гемоглобин, преальбумин;

- гистоны;

- гормоны;

- актин, миозин.

?

11.Белки, выполняющие опорную функцию:

- коллаген, эластин;

- миоглобин;

- миозин;

- актин;

- соматотропин.

?

12.Структура белков в пептидных цепях определяется:

- набором и последовательностью нуклеотидов;

- набором и последовательностью аминокислот;

- набором и последовательностью триплетов;

- последовательностью пептидных связей;

- наличием транспозонов.

?

13.Обеспечение правильного фолдинга новообразованных белков - это функция:

- доменов;

- лигандов;

- фолдаз;

- шаперонов;

- активноых центров.

?

14.Белок-иммуноглобулин выполняет функцию:

-защитную;

- сократительную;

- транспортную;

- запасную;

- каталитическую.

?

15.Чему соответствует информация одного триплета нуклеотидов:

- полипептиду;

-аминокислоте;

- дипептиду;

- гену;

- ДНК.

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.