1631210420-51809e5945ab35d4cdee1bdd13f237d3 (Лекция 2 - Строение и биологические функции белков)

Строение и биологические функции белков,пептидов и их мономеров.Обратите внимание!Вопросы задаются в слайдах презентации. Они помечены красным жирным шрифтом.Кому недостаточно материала презентации, загляните на стр. учебника Северин «Биохимия» (ониуказываются на слайдах)УДАЧИ!КАКИЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ БУДУТ В БИЛЕТАХ, МЫ ЗАТРОНЕМ.Генетически кодируемые аминокислоты.

Номенклатура. Сокращенные обозначения.Стереохимия -аминокислот. Кислотно-основные свойства аминокислот.Пептиды и белки. Первичная структура пептидов и белков как последовательностьрасположения мономерных звеньев в линейной полимерной цепи. Неисчерпаемостьчисла мыслимых первичных структур белков. Геометрия пептидной связи.Спектральные и электрохимические характеристики пептидной связи и боковых группаминокислот.Классификация пептидов.

Пептидные гормоны и рилизинг-факторы. Окситоцин ивазопрессин; адренокортикотропный гормон; инсулин; глюкагон. Представление опептидах нейротрансмиттерах, нейромодуляторах, коннекторах. Энкефалины иэндорфины. Пептидные токсины и антибиотики. Пептиды как пищевые добавки илекарственные средства. Пептиды  регуляторы иммунитета.Пространственная структура белков.

Основные типы нековалентныхвзаимодействий в белках: электростатические взаимодействия; водородные связи;ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Гидрофобные и гидрофильные группы в белках.Взаимодействия гидрофобных групп в водных растворах (гидрофобныевзаимодействия). Межплоскостные взаимодействия между ароматическимиструктурами (стекинг-взаимодействия).

Дисульфидные мостики. Понятие о вторичной,третичной и четвертичной структурах белков. Понятие о доменах. Супервторичнаяструктура белков.Биологическая роль белков. Транспортные белки. Альбумины сыворотки крови –транспортеры липидов, органических и неорганических веществ к органам-мишеням.Гемоглобин и миоглобин.

Влияние четвертичной структуры на функциональныесвойства белка.Структурные белки. Основные компоненты межклеточного матрикса: коллаген,эластин, фибронектин, ламинин и др.Белки  средство защиты организма. Белки иммунной системы.Ферменты. Классификация. Примеры ферментативных реакций.Трансаминазы. Механизм реакции переаминирования на примере реакции,катализируемой аспартат-аминотрансферазой. Модификация белков путемприсоединения простетических групп. Основные простетические группы,участвующие в реакциях биокатализа.

Примеры введения подвижных простетическихгрупп в апоферменты: остатка биотина в остаток лизина карбоксилазы путемобразования биотиниламидной связи. Типы реакций, в которых участвуютпростетические группы.Механизм действия сериновых протеаз: тетраэдрические интермедиаты; абсолютнаяконформация связанного субстрата. Другие гидролитические ферменты: РНКаза А.Каталитическая роль функциональных групп ферментов.Белки  регуляторы физиологических процессов. Рецепторные белки. Взаимодействиегормонов с рецепторами; структура и свойства аденилатциклазной системы.

Участиебелков в экспрессии генетической информации.Сократительные белки.Химическое строение и биологические функции белков, пептидов и их мономеров.Белки, или протеины (что в переводе с греческогоозначает «первые» или «важные»), количественнопреобладают над всеми другими макромолекулами,присутствующими в живой клетке, и составляют болееполовины сухого веса большинства организмов.Особенно поразительно то, что все белки во всехорганизмах, независимо от их функции илибиологической активности, построены из одного и тогоже основного набора стандартных аминокислот.Селеноцистеин (Sec)образуется в составебелков не изаминокислоты, аспециальным путемДля α – аминокислот конфигурация обозначается символом L,если в проекционной формуле Фишера амино –(илиаммонийная) группа расположена слева;символ D используется для противоположного энантиомера.Система Фишера в свое время позволила создать логичную инепротиворечивую стереохимическую систематику большогочисла природных соединений, ведущих свое происхождениеот аминокислот и сахаров.

Однако ограничения Фишеровскойсистемы, а также тот факт, что в 1951 г. появилсярентгеноструктурный метод определения истинногорасположения групп вокруг хирального центра, привели ксозданию в 1966 г. новой, более строгой и непротиворечивойсистемы описания стереоизомеров, известной подназванием R,S - номенклатуры Кана—Ингольда—Прелога(КИП). В системе КИП к обычному химическому названиюприбавляются специальные дескрипторы R или S, строго иоднозначно определяющие абсолютную конфигурацию.-АМИНОКИСЛОТЫ – МОНОМЕРЫ ПЕТИДОВ ИБЕЛКОВ.Учебник: Северин «Биохимия» стр. 9-14.Функциональные группы аминокислот определяютсвойства разных -аминокислот. Например,аминокислоты различаются по растворимости в воде,обусловленной способностью боковых радикаловвзаимодействовать с водой.

К гидрофильным относятсярадикалы, содержащие анионные, катионные иполярные незаряженные функциональные группы. Кгидрофобным относятся радикалы, содержащиеметильные группы, алифатические цепи или циклы.ПРИВЕДИТЕ ПРИМЕРЫ АМИНОКИСЛОТ,СОДЕРЖАЩИХ АИНОННЫЕ, КАТИОННЫЕ ИПОЛЯРНЫЕ НЕЗАРЯЖЕННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕГРУППЫ.ФУНКЦИИ АМИНОКИСЛОТФонд свободных аминокислот организма составляет примерно 35 г. Значение аминокислот для организма в первуюочередь определяется тем, что они используются для синтеза белков, метаболизм которых занимает особое место впроцессах обмена веществ межу организмом и внешней средой. Большая часть аминокислот входит в состав белков,количество которых в организме взрослого человека нормального телосложения составляет примерно 15 кг.Аминокислоты непосредственно участвуют в биосинтезе других биологически активных соединений, например,нейромедиаторов и гормонов.

Они также служат донорами азота при синтезе азотсодержащих небелковых соединений,в том числе нуклеотидов, гема, креатина, и др.Катаболизм аминокислот может служить источником энергии для синтеза АТР.ВАЛИН, ЛЕЙЦИН, ИЗОЛЕЙЦИН. Аминокислоты, которые освобождаются из мышц, направляются вмозг, где окисляются и служат важным источником энергии.ГЛУТАМИН – ОСНОВНОЙ ДОНОР АЗОТА В ОРГАНИЗМЕ.Учебник: Северин «Биохимия» стр. 478-480Высокий уровень глутамина в кровии легкость его поступления в клеткиобуславливают использованиеглутамина во многих анаболическихпроцессах.

Амидный азот глутаминаиспользуется для синтеза пуриновыхи пиримидиновых нуклеотидов. Этипроцессы мы будем рассматривать врамках раздела «Нуклеиновыекислоты».В ходе эволюции в организмах животных сформировались две основныесистемы, отвечающие за установление строго порядка, позволяющегосохранить организованность протекающих процессов и целостностьживого организма. Это нервная и эндокринная системы.Функционирование нервной системы заключается в проведенииэлектрических сигналов в виде нервных импульсов от головного испинного мозга по специальным конструкциям – нейронам (нервнымклеткам). Эта передача происходит в специализированных структурныхокончаниях, называемых синапсами, которые состоят изпресинаптической части (окончание аксона, передающего сигнал),синаптической щели и постсинаптической части (структурывоспринимающей клетки).

Сигнал нервного импульса приводит ксекреции особого химического соединения – медиатора, илинейромедиатора, который узнается белком-рецептором принимающейсигнал клетки. Это связывание вызывает конформационный переход,индуцирующий определенный ответ клетки, т.е. включаетфункционирование клетки. Основные вопросы, касающиесяформирования и функционирования нервной системы, находятся внекомпетенции биоорганической химии и являются предметомфизиологии.Эндокринная система состоит из желез внутренней секреции,вырабатывающих специальные вещества, которые разносятся с токомкрови и лимфы по всему организму и воздействуют на процессы,протекающие в соответствующих органах. Такими специальнымивеществами, которые играют роль сигналов, посылаемых вопределенных физиологических состояниях организма ксоответствующим органам-мишеням, но сами не принимают участие вметаболических процессах, играют гормоны (от греческого – побуждаюк действию).АМИНОКИСЛОТЫ –НЕЙРОМЕДИАТОРЫ.ГОРМОНЫ – ПРОИЗВОДНЫЕАМИНОКИСЛОТ.ГЛУТАМАТ НАТРИЯ и ГЛИЦИН – нейромедиаторы.

Глутамат – один из основныхвозбуждающих медиаторов в коре, гиппокампе, полосатом теле и гипоталамусе. Глицин –тормозной нейромедиатор в спинном мозге, промежуточном мозге и некоторых отделахголовного мозга. Учебник: Северин «Биохимия» стр. 514-515.ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ – ПУТЬ К БИОГЕННЫМ АМИНАМ(нейромедиаторам и гормонам). Учебник: Северин «Биохимия» стр. 512-520.Первичная структура пептидов и белков.Учебник: Северин «Биохимия» стр. 15-16, 19-20.-Аминокислоты могут ковалентносвязываться друг с другом с помощьюпептидных связей.

Пептидная связьобразуется между карбоксильнойгруппой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты,т.е. является амидной связью. Приэтом происходит отщеплениемолекулы воды.БЕЛКИ И ПЕПТИДЫКЛАССИФИКАЦИЯ ПЕПТИДОВ по составуКЛАССИФИКАЦИЯ ПЕПТИДОВ ПО ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМУ ДЕЙСТВИЮ.Учебник: Северин «Биохимия» стр. 557-572.1953 г. – первый синтез Дю Виньо и его коллегами биологически активных пептидов – двадевятизвенных пептидных гормона – окситоцина и вазопрессина, которые в организме образуются вгипоталамусе в результате ограниченного протеолиза более крупных белковых предшественников.Несмотря на небольшие отличия в последовательности аминокислот (замены аминокислот в положениях 3 и 9)эти гормоны сильно отличаются по физиологическому действию. Так, окситоцин выделяется в кровь во времякормления ребенка, вызывает сокращение миоэпителиальных клеток протоков молочных желез и стимулируетвыделение молока.

Кроме того, окситоцин влияет на гладкую мускулатуру матки во время родов, вызывая еесокращение.Способность забывать все плохое и успокаиваться, которая связана с повышением содержания окситоцина,обеспечивает заметную роль гормона в снижении реакции организма на стресс. Однако при этом он уменьшаеттревожность и ослабляет память – а значит, полезен далеко не всегда. У студентов с повышенным уровнемокситоцина обычно невысоки результаты сдачи сессии. Возможно, поэтому строгие и опытные преподавателисоветуют поменьше думать о любви – и побольше об учебе?Основное физиологическое действие вазопрессина – увеличение реабсорбции воды в почках при уменьшенииАД или объема крови (антидиуретический гормон).Вазопрессин придает мужчине уверенность, желание доминировать и контролировать «свою» территорию,участвует в формировании привязанностей.Пептидные гормоны и рилизинг-факторы.Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС.Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов(release – освобождать) – либеринов и статинов, которые, соответственно, стимулируют или ингибируютсинтез и секрецию тропных гормонов передней доли гипофиза.