Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для большинства природных белков изоэлектрическая точка находится в диапазонерН 4,8-5,4, что свидетельствует о преобладании в их составе глутаминовой и аспарагиновойаминокислот.Если в белке преобладают основные аминокислоты (лизин и аргинин) –при нейтральных рН заряд обусловленэтими, положительно заряженными,аминокислотами.Амфотерность имеет значениедля выполнения белками некоторыхфункций, например, их буферныесвойства, т.е. способность поддерживать неизменным рН крови, основанына способности присоединять ионы Н+при закислении среды или отдавать ихпри защелачивании.С практической стороны наличиеамфотерности позволяет разделятьбелки по заряду (электрофорез) или использовать изменение величины рНраствора для осаждения какого-либоизвестного белка.
Наличие как положительных, так и отрицательных зарядовв белке обусловливает их способностьк высаливанию (см "Обратимое осаждение" белков), что удобно для выделения белков в нативной конформации.Влияние рН на заряд белкаПри смещении рН в растворе изменяется концентрация ионов Н+. При закислении среды (при снижении рН) ниже изоэлектрической точки ионы Н+ при соединяются к отрицательно заряженным группам глутаминовой и аспарагиновой кислот и нейтрализуют их. Заряд белка становится положительным.При увеличении рН в растворе выше изоэлектрической точки концентрация ионов Н+снижается и положительно заряженные группы белка (NH3+-группы лизина и аргинина) теряют протоны, их заряд исчезает.
Суммарный заряд белка становится отрицательным.Аминокислоты и белки18При физиологических рН буферная емкость белков плазмы крови весьма ограничена, т.к. диапазон смещения рН крови даже при патологии не захватывает изоэлектрические значения рН для глутамата, аспартата, лизина, аргинина. Только гемоглобин, который содержит до 8% гистидина (pI 7,6) обладает существенной буферной емкостью.Р АСТ ВОР ИМО СТ ЬТак как большинство белков несет много заряженных групп, то в целом они водорастворимы.
Растворимость объясняется:o наличием заряда и взаимоотталкиванием заряженных молекул белка,o наличием гидратной оболочки – чем больше полярных и/или заряженных аминокислот в белке,тем больше гидратная оболочка (например, 100 гбелка альбумина связывает 30-50 г воды).МЕТОДЫОСАЖДЕ НИЯ БЕЛК ОВТак как растворимость белков зависит от заряда и наличия гидратной оболочки, то исчезновение одного или обоих этих факторов ведет к осаждению белка.Д Е Н А ТУР А ЦИ ЯДенатурация – необратимое осаждение белка из-за разрыва связей, стабилизирующихчетвертичную, третичную, вторичную структуры белка, сопровождаемое изменением растворимости, вязкости, химической активности, снижением или полной потерей биологическойфункции.1. Физическая денатурация – повышение температуры, ультрафиолетовое и микроволновоеизлучение, механические воздействия, ионизация заряженными частицами.2.
Химическая:o кислоты и щелочи образуют водородные связи с пептидными группами,o органические растворители образуют водородные связи и вызывают дегидратацию,o алкалоиды образуют связи с полярными группами и разрывают систему водородных иионных связейo тяжелые металлы взаимодействуют с заряженными радикалами, нейтрализуют отрицательные заряды и разрывают систему водородных и ионных связей.О БР А ТИ МОЕОС А ЖД Е НИ ЕОбратимость осаждения белков обусловлена сохранением первичной структуры белка.Восстановление физико-химических и биологических свойств белка называется ренативация(ренатурация). Иногда для ренативации достаточно просто удалить денатурирующий объект.ВысаливаниеВысаливание – это добавление растворов нейтральных солей (Na2SO4, (NH4)2SO4).
Анионы (SO42–) и катионы (Na+, NH4+) взаимодействуют с зарядами белка (группы NH4+ и COO–). В результате заряд исчезает, и соответственно, исчезает взаимоотталкивание молекул. Одновременно резко уменьшается гидратная оболочка. Это ведет к "слипанию" молекул и осаждению.Так как белки плазмы крови отличаются по размерам, заряду, строению, то можно подобрать такие количества соли, которые вызовут осаждение менее устойчивых белков, пока другие еще будут растворены.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)19Например, подобным образом раньше определяли соотношение альбумины/глобулиныв плазме крови.
Альбумины, как более полярные молекулы, остаются в растворенном состоянии при 50% насыщении раствора нейтральными солями, в то время как глобулины в этихусловиях уже осаждаются. В норме соотношение альбумины/глобулины в плазме крови равно1,2-1,8.Осаждение водоотнимающими средствамиПри добавлении водоотнимающих средств (ацетон, этанол) происходит отнятие у белкагидратной оболочки, но не заряда. Растворимость несколько снижается, но денатурации ненаступает.
Например, антисептическое действие этанола.Изменение рНМягкое изменение рН до изоэлектрической точки белка ведет к исчезновению заряда,уменьшению гидратной оболочки и снижению растворимости молекулы.СВОЙСТВАБЕЛКОВЫХ Р АСТ ВОР ОВСвойства белковых растворов определяются большими размерами молекул, т.е. белкиявляются коллоидными частицами и образуют коллоидные растворы. К свойствам коллоидных растворов относятся:1. Рассеивание луча света, проходящего через белковый раствор, и образование светящегосяконуса – эффект Тиндаля.2. Малая скорость диффузии.3. Неспособность белковых частиц проникать через полунепроницаемые мембраны (целлофан), т.к. их поры меньше диаметра белков. Это используется в диализе – очистка белковых препаратов от посторонних примесей и лежит в основе работы "искусственной почки"для лечения острой почечной недостаточности.4.
Создание онкотического давления, то есть перемещение воды в сторону более высокойконцентрации белка, что проявляется, например, как формирование отеков при повышении проницаемости сосудистой стенки.5. Высокая вязкость в результате сил сцепления между крупными молекулами, что проявляется, например, при образовании гелей и студней.К Л АС С И Ф И К АЦ И Я Б Е Л К О ВПОФУ НКЦ ИИСм выше "Функции белков"ПОСТРОЕНИЮ1. По форме молекулыГлобулярные – соотношение продольной и поперечной осей составляет <10 и в большинстве случаев не более 3-4. Они характеризуются компактной укладкой полипептидныхцепей. Например, инсулин, альбумин, глобулины плазмы крови.Фибриллярные – соотношение осей >10.
Они состоят из пучков полипептидных цепей,спиралью навитых друг на друга и связанные между собой поперечными ковалентными и водородными связями. Выполняют защитную и структурную функции. Например, кератин, миозин, коллаген.Аминокислоты и белки202. По количеству белковых цепей в одной молекулеo мономерные – имеют одну субъединицу (протомер), например, альбумин, миоглобин.o полимерные – имеют несколько субъединиц. Например, гемоглобин (4 субъединицы),лактатдегидрогеназа (4 субъединицы), креатинкиназа (2 субъединицы),3. По химическому составуПростые – содержат в составе только аминокислоты (альбумины, глобулины, гистоны,протамины).
Подробно эти белки характеризуются ниже.Сложные – кроме аминокислот имеются небелковые компоненты (нуклеопротеины,фосфопротеины, металлопротеины, липопротеины, хромопротеины, гликопротеины). Подробно эти белки характеризуются ниже.КЛ АССИФИК АЦ ИЯПРОСТЫХ БЕЛКОВСтруктура простых белков представлена только полипептидной цепью (альбумин, инсулин).
Однако необходимо понимать, что многие простые белки (например, альбумин) не существуют в „чистом" виде, они всегда связаны с какими-либо небелковыми веществами. Ихотносят к простым белкам, т.к. связи с небелковой группой слабые.А ЛЬБУМИ Н ЫГруппа глобулярных белков плазмы крови с молекулярной массой 69 кДа, имеют кислыесвойства и отрицательный заряд при физиологических рН, т.к.
содержат много глутаминовойкислоты. Легко адсорбируют полярные и неполярные молекулы, являются в крови переносчиком многих веществ, в первую очередь билирубина и жирных кислот.В природе альбумины входят в состав не только плазмы крови (сывороточные альбумины), но и яичного белка (овальбумин), молока (лактальбумин), являются запасными белками семян высших растений.Г ЛОБУЛИ Н ЫГруппа разнообразных белков плазмы крови с молекулярной массой до 100 кДа, несутотрицательный заряд, слабокислые или нейтральные. Они мало гидратированы, по сравнениюс альбуминами меньше устойчивы в растворе и легче осаждаются, что используется в клинической диагностике в „осадочных" пробах (тимоловая проба, проба Вельтмана).
Часто содержат углеводные компоненты.При обычном электрофорезе разделяются, как минимум, на 4 фракции – 1, 2, и .biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)21Так как глобулины включают в себя разнообразные белки, то их функции многочисленны. Часть -глобулинов обладает антипротеазной активностью, что защищает белки кровиот преждевременного разрушения, например, 1-антитрипсин, 1-антихимотрипсин,2-макроглобулин.
Некоторые глобулины способны к связыванию определенных веществ:трансферрин (переносчик ионов железа), церулоплазмин (переносчик ионов меди), гаптоглобин (переносчик гемоглобина), гемопексин (переносчик тема). -Глобулины являются антителами и обеспечивают иммунную защиту организма.Г И С ТОН ЫГистоны – внутриядерные белки массой около 24 кДа. Обладают выраженными основными свойствами, поэтому при физиологических значениях рН заряжены положительно и связываются с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), образуя дезоксирибонуклеопротеины.Существуют 5 типов гистонов – очень богатый лизином (29%) гистон Н1, другие гистоны Н2а,H2b, НЗ, Н4 богаты лизином и аргинином (в сумме до 25%).Радикалы аминокислот в составе гистонов могут быть метилированы, ацетилированыили фосфорилированы. Это изменяет суммарный заряд и другие свойства белков.Можно выделить две функции гистонов:1. Регулируют активность генома, а именно препятствуют транскрипции.2.
Структурная – стабилизируют пространственную структуру ДНК.Аминокислоты и белки22Гистоны образуют нуклеосомы – октаэдрические структуры, составленные из гистоновН2а, H2b, НЗ, Н4. Гистон H1 связан с молекулой ДНК, не позволяя ей "соскользнуть" с гистонового октамера.
ДНК обвивает нуклеосому 2,5 раза после чего обвивает следующую нуклеосому. Благодаря такой структуре достигается уменьшение размеров ДНК в 7 раз. Далее нитьДНК с нуклеосомами складывается в суперспираль и "суперсуперспираль". Таким образом,гистоны участвуют в плотной упаковке ДНК при формировании хромосом.Благодаря гистонам в конечном итоге размеры ДНК уменьшаются в тысячи раз:длина ДНК достигает 6-9 см (10–1), а размеры хромосом – всего несколько микрометров (10–6).П Р ОТА МИ Н ЫЭто белки массой от 4 кДа до 12 кДа, имеются в ядрах сперматозоидов многих организмов, в сперме рыб они составляют основную массу белка. Протамины являются заменителямигистонов и служат для организации хроматина в спермиях. По сравнению с гистонами протамины отличаются резко увеличенным содержанием аргинина (до 80%).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
