ominaista proteiinin primaarirakenteelle. Proteiinin ensisijainen rakenne. Lisäproteiinirakenteet

Luento 3 Proteiinien rakenne

Määritelmä:

Proteiinit ovat epäsäännöllisiä polymeerejä, joiden monomeerit ovat L- aminohappoja.

Aminohappoja

Luonnossa stereoisomeereja on kaksi muotoa: L (vasenkätinen) ja D (oikeakätinen). Paitsi L -proteiinien sisältämät aminohapot, kehossa on ja D aminohapot, jotka eivät sisälly proteiineihin.

Aminohapon yleinen kaava on esitetty kuvassa.

Se koskee 19:ää proteiineissa olevasta 20 aminohaposta. Näiden 19 aminohapon lisäksi proteiinit sisältävät yhden iminohappo - proliini.

Kaikilla aminohapoilla on α -aminoryhmä. Tästä johtuu nimi - "α-aminohapot". proliinissa - α- imino ryhmä.

Proteiineja muodostavien aminohappojen luokittelu radikaalin polaarisuuden (ei-polaarisuuden) periaatteen mukaan.

1. Ei-polaariset tai hydrofobiset radikaalit.

Alifaattinen - alaniini, valiini, leusiini, isoleusiini. Rikki metioniini. Aromaattinen - fenyylialaniini, tryptofaani. iminohappo proliini.

2. Polaariset, mutta varautumattomat radikaalit. Glysiini.

Oksiaminohapot - seriini, treoniini, tyrosiini. joka sisältää sulfhydryyliryhmän kysteiini. Sisältää amidiryhmän: asparagiini, glutamiini.

3. Negatiivisesti varautuneet radikaalit. Asparagiinihappo, glutamiinihappo.

4. positiivisesti varautuneita radikaaleja. Lysiini, arginiini, histidiini.

Proteiinin päärakenne

Määritelmä:

Proteiinin ensisijainen rakenne on aminohappotähteiden sekvenssi polypeptidiketjussa.

Aminohapot yhdistetään polypeptidiksi käyttämällä kovalenttisia (amidi)sidoksia.

Tripeptidissä, joka koostuu kolmesta eri aminohaposta, voi olla 3! = 6 erilaista primäärirakennetta.

Kahdestakymmenestä erilaisesta aminohaposta koostuvalla oligopeptidillä on erilaisia ​​primäärirakenteita 20!, mikä tarkoittaa 2x1018.

Keskikokoisen proteiinin primäärirakenteiden monimuotoisuus (noin 500 aminohappoa) on jo noin 20 500 varianttia (jos kaikki aminohapot esitetään ekvimolaarisissa suhteissa).

PäälläMaapallo ei ollut, ei ole eikä tule olemaan kahta ihmistä, joilla on täysin identtiset proteiinit.

Proteiinin toissijainen rakenne

Määritelmä:

Proteiinin sekundäärinen rakenne on polypeptidiketjujen järjestynyt rakenne, joka johtuu vetysidoksista C=O:n ja N- Herilaisia ​​aminohappoja.

Toissijainen rakenne voi olla säännöllinen (α-heliksi) ja epäsäännöllinen (β-laskosrakenne). α-heliksissä NH-ryhmä n th aminohappotähde on vuorovaikutuksessa (n-4) aminohappotähteen C=O-ryhmän kanssa. Halkaisijaltaan 10,1 Å:n β-heliksin yhtä kierrosta kohti on 3,6 aminohappotähdettä. Tavallisen α-heliksin identiteettijakso on 18 aminohappoa (5 kierrosta). Tavallisen α-heliksin rikkoja on ensisijaisesti proliini. Toiseksi tärkein vaikutus on yhtä varautuneilla vierekkäisillä radikaaleilla.

P-laskokset voivat muodostaa ei vain yksittäisiä, vaan myös vierekkäisiä polypeptidejä, jotka sisältyvät yhteen proteiiniin.

Puhdas luonnollinen alfa tai beta - proteiineja ei ole olemassa.

Proteiinin tertiäärinen rakenne

Määritelmä

Proteiinin tertiäärinen rakenne on polypeptidin spatiaalinen konformaatio, jolla on sekundäärinen rakenne ja jonka määräävät radikaalien väliset vuorovaikutukset.

Radikaalien välillä on neljä vuorovaikutusta.

Radikaalien välisten vuorovaikutusten tyypit

1 . kovalenttinen Viestintä välillä jäämiä kaksi kysteiinit (disulfidi sillat).

2. Ioniset (sähköstaattiset) vuorovaikutukset vastakkaisesti varautuneiden aminohappotähteiden välillä (kolme radikaalia "+"-merkillä ja kaksi "-"-merkillä).

Esimerkiksi lysiinin positiivisesti varautunut e-aminoryhmä (- NH3 +) vetää puoleensa glutamiini- tai asparagiinihapon negatiivisesti varautunut karboksyyliryhmä - (COO-).

3. Vetysidokset.

Kaikki hydroksyyli-, amidi- tai karboksyyliryhmiä sisältävät aminohapot osallistuvat.

4. Hydrofobiset vuorovaikutukset . Muodostuu ei-polaaristen radikaalien väliin vesiympäristö. Mukana on 8 aminohappoa (ensimmäinen luokka).

Proteiinin tertiaarisen rakenteen määrää täysin sen primäärirakenne, ts. aminohapposekvenssi, jonka puolestaan ​​määrää geneettinen koodi.

Hydrofobiset vuorovaikutukset ovat ratkaisevia epäselektiivisyyden (epäspesifisyyden) ja moninkertaisuuden vuoksi.

Useimmissa proteiineissa on hydrofobinen ydin.

Kvaternäärinen proteiinirakenne

Määritelmä: Proteiinin kvaternäärinen rakenne on kahden tai aggregoitunut lisää polypeptidiketjut, joilla on tertiäärinen rakenne, oligomeeriseksi toiminnallisesti merkittäväksi koostumukseksi.

Kvaternaarisen rakenteen muodostavat ja ylläpitävät sidokset ovat samat kuin tertiäärisen rakenteen muodostuksessa, lukuun ottamatta hydrofobisia.

574 aminohaposta 2 on korvattu.

Tällainen hemoglobiini menettää liukoisuuden, muodostuu kuitumainen sakka, joka muuttaa erytrosyyttejä.

Sirppisoluanemia on geneettinen sairaus. Syynä on vain yhden nukleotidin korvaaminen hemoglobiinin B-ketjua koodaavassa geenissä. Lapset, jotka ovat resessiivisiä homotsygootteja tälle alleelille, eivät elä enintään kaksi vuotta. Heterotsygooteilla on 85 % normaaleja ja 15 % viallisia punasoluja. Hallitsevat homotsygootit saavat malariaa, heterotsygootit eivät.

Globulaariset ja fibrillaariset proteiinit

95 prosentilla proteiineista on hydrofobinen ydin. 5% fibrillaarisia proteiineja.

Suurin osa pallomaisista proteiineista on liukoisia. Useimmat fibrillaariset ovat liukenemattomia (α-keratiinit - ne muodostavat lähes koko hiusten kuivapainon, villan, sarvet, sorkat, kynnet, suomut, höyhenet; kollageeni - jänneproteiini, rusto; fibroiini - silkkiproteiini).

Fibrillaariset proteiinit sisältävät suuremman osan varautuneita aminohappoja kuin globulaariset - yksittäiset ketjut ovat liukoisia, kun taas niiden kompleksit ovat polaarittomia ja liukenemattomia.

PROTEIININ RAKENNE

Proteiinien rakenteessa erotetaan neljä molekyylin organisoitumistasoa: primaarinen, sekundaarinen, tertiäärinen ja kvaternäärinen rakenne. Ensimmäiset kaksi tasoa ovat ominaisia ​​kaikille proteiineille. Tertiäärisiä ja kvaternäärisiä rakenteita esiintyy vain pallomaisissa proteiineissa.

Proteiinien päärakenne

Proteiinien ensisijainen rakenne on aminohappotähteiden sekvenssi polypeptidiketjussa. Aminohappojen järjestys proteiinissa määräytyy geneettisesti DNA:n nukleotidisekvenssin perusteella. Polypeptidi muodostuu yhden aminohapon karboksyyliryhmän vuorovaikutuksesta toisen aminohapon aminoryhmän kanssa - peptidisidos.

Yhden aminohapon "pää" (NH2-) on kiinnitetty toisen aminohapon "häntään" (-COOH). Peptidisidos (-CO-NH-) on suljettu aminohappojen välillä, mikä on ainoa sidostyyppi proteiinin primäärirakenteessa. Kuten yllä olevasta kaaviosta voidaan nähdä, vettä vapautuu peptidisidoksen muodostumisen aikana. Peptidisidoksen katkeamiseen hydrolyysin aikana liittyy veden lisääminen lohkeavan sidoksen kohdalle. Proteiinien ja polypeptidien hydrolyysin lopputuote on vapaat aminohapot.

Peptidisidos on vahvempi kuin yksittäiset sidokset hiilen ja typen välillä, koska tautomerian seurauksena se on 40 % kaksinkertainen. Samasta syystä polypeptidiketjussa pyöriminen on mahdollista vain radikaaliin liittyvien hiiliatomien ympärillä

Kaikkien polypeptidien luuranko on sama. Polypeptidiketjut eroavat radikaalien luonteesta ja sekvenssistä. Polypeptidiä kutsutaan sen sisältämien aminohappotähteiden lukumäärän mukaan: dipeptidi, tripeptidi jne.

Proteiinit ovat polypeptidejä, jotka sisältävät yli 50 aminohappotähdettä. Yksinkertaisin proteiini on insuliini. Se sisältää vain 51 aminohappotähdettä. Ribonukleaasi sisältää 124 tähdettä, hemoglobiini 574.

Proteiineissa aminohappojen sekvenssi eli primäärirakenne on tiukasti määritelty. Yhden aminohappotähteen korvaaminen toisella tuottaa uutta proteiinia. Joten naudan insuliinin yhdeksännessä asemassa on seriinijäännös ja pässinsuliinissa - glysiini. Ihmis- ja hevosinsuliinissa erot liittyvät kolmeen aminohappotähteeseen - kahdeksanteen, yhdeksänteen ja kymmenenteen. Kaikilla luetelluilla insuliinilla on erilainen primäärirakenne. Eri organismien proteiineja, joilla on sama tehtävä, kutsutaan homologisiksi.

Proteiinien toissijainen rakenne

Proteiineissa on kaksi päätyyppiä sekundaarirakennetta: helix ja taitettu kerros.

Spiraalit . Polypeptidiketjun a-hiiliatomin ympärillä olevien sidosten vapaasta pyörimisestä johtuen polypeptidiketjun lineaarisuus häiriintyy. Tämä johtaa spiraalien muodostumiseen. Spiraaleja on 3 tyyppiä.

1. Keratiini on ominaista α-c kierre. Keratiinin polypeptidiketju on ikään kuin kiedottu kuvitteellisen sylinterin ympärille. Kelat vierekkäin vetysidosten pitämänä yhden peptidisidoksen hapen ja toisen peptidisidoksen vedyn välillä. Vetysidokset ovat 20 kertaa heikompia kuin hapen ja vedyn väliset kovalenttiset sidokset, mutta niiden runsauden vuoksi ne pitävät heliksiä varsin lujasti.

2. β -kierre löytyy bakteeriproteiineista. P-heliksin yksi kierros koostuu 22 aminohappotähteestä, β-heliksi on ontto putki ja α-heliksi on täytetty sylinteri.

3. katkennut spiraali kollageenille ominaista. Tällainen heliksi on seurausta korkeasta glysiinin ja proliinin pitoisuudesta hydroksiproliinin kanssa kollageenissa - aminohapoissa, jotka rikkovat heliksin "oikeutta".

KANSSA taitettu kerros ominaisuus silkkiproteiinille - fibroiinille. Taitetun kerroksen vierekkäisten ketjujen suunta on vastakkainen (antirinnakkais) Ketjut vierekkäin vetysidosten pitämänä.

Heliksit ja laskostuneet kerrokset säikeisissä proteiineissa synnyttävät usein supersekundaarisia rakenteita tai superkeloja. Joten 7 keratiinin α-heliksiä muodostavat superkierteen. 11 keratiini-superkierukkaa puolestaan ​​muodostavat hiusten mikrofibrillin.

Globulaaristen proteiinien toissijainen rakenne ei ole yhtä yhtenäinen kuin säikeisten proteiinien. Joten myoglobiinimolekyylissä 77 % polypeptidiketjusta on spiraalistunut ja 23 % ei ole spiraalisoitunut. Insuliinin spiralisoitumisaste - 60%, munaalbumiini - 40%, pepsiini - 28%. Kymotrypsiinin polypeptidiketju ei juuri sisällä spiraalimaisia ​​osia, mutta siinä on taitettuja, kerroksia, silmukoita, taivutuksia jne.

Globulaaristen proteiinien rakenteessa, jonka molekyylipaino on yli 20 tuhatta Kyllä, käsite erottuu verkkotunnus - pienet 100-150 aminohappotähteen alueet, joilla on tyypillinen rakenne. Niitä kutsutaan rakennealueiksi.

Domainin ja yksilön välillä rakennuspalikoita toimialueen sisällä on ns saranoidut osat . Usein yhdestä proteiinista löytyy useita samantyyppisiä samantyyppisiä domeeneja.

On toinenkin käsite toiminnallinen alue . Jälkimmäisessä tapauksessa yksi tai useampi rakennedomeeni muodostaa yhdessä toiminnallisesti erillisen kohdan proteiinimolekyylissä: substraattikohdan, entsyymin tai inhibiittorin aktiivisen keskuksen ympäristön, ionikanavan kalvossa jne.

Tertiäärinen rakenne- polypeptidiketjun sijainti (spiraalimainen, matalakierteinen tai ei-kiertynyt) kolmiulotteisessa tilassa.

Huolimatta pallomaisen kelan ilmeisestä häiriöstä, sen rakenne on tiukasti määritelty ja siinä on joitain säännönmukaisuuksia.

1. Polypeptidiketjut pallossa on pakattu hyvin tiiviisti.

2. Yleensä proteiinin polaariset ryhmät sijaitsevat pallon pinnalla ja hydrofobiset radikaalit ovat piilossa sen sisällä.

Asetoni" href="/text/category/atceton/" rel="bookmark">Asetoniproteiini saostuu. Tätä saostumista kutsutaan ns. suolaaminen pois. Suolauksen mekanismi on se, että suola-ionit sekä alkoholin ja asetonin molekyylit, joilla on oma voimakas hydraatiokuori, ottavat vettä pois proteiinimolekyylistä. Eri proteiinit suolataan pois eri suolapitoisuuksilla. Globuliinit suolataan puolikyllästetyssä ammoniumsulfaattiliuoksessa ja albumiinit vain tämän suolan kyllästetyssä liuoksessa. Fraktiosuolausta käytetään proteiinien erottamiseen ja puhdistamiseen.

Jotkut proteiinit saostuvat pH:ssa, joka vastaa isoelektrinen piste. Siten kaseiini saostuu pH:ssa 4,7, koska tässä pH:ssa molekyyleillä ei ole varausta ja ne aggregoituvat nopeasti suuriksi hiukkasiksi, jotka ovat epästabiileja liuoksessa. Muut proteiinit ovat stabiilimpia, ja niiden saostumiseksi on tarpeen vaikuttaa molempiin proteiinin stabiiliuden tekijöihin.

Proteiinidialyysi

Suuren koon vuoksi proteiinimolekyylit eivät tunkeudu joidenkin kalvojen läpi; sellofaani, kalan rakko jne. Tätä ominaisuutta käytetään proteiinien puhdistamiseen pienimolekyylisistä epäpuhtauksista, eli dialyysissä.

Proteiiniliuos, jossa on suolaseosta, kaadetaan muovipussiin, pussi asetetaan astiaan, jonka läpi tislattu vesi virtaa. Pienet suolojen ja muiden aineiden ionit tunkeutuvat sellofaaniin veteen ja poistuvat, kun taas proteiiniliuos jää pussiin.

proteiinilataus

Proteiinin koostumuksessa happamien, negatiivisesti varautuneiden aminohappojen (glutamiini, asparagiini) summa ei yleensä ole yhtä suuri kuin emäksisten, positiivisesti varautuneiden aminohappojen (lysiini, arginiini, histidiini) summa. Tämän vuoksi vedessä olevilla proteiineilla on joko positiivinen tai negatiivinen varaus. Kun tällaisen proteiinin liuos tehdään happamaksi (yli H+), karboksyyliryhmien ionisaatio vaimenee ja tulee hetki, jolloin positiivisesti varautuneiden ryhmien summa on yhtä suuri kuin negatiivisesti varautuneiden ryhmien summa. Tässä tapauksessa proteiinimolekyylillä kokonaisuutena ei ole varausta. Tätä proteiinin tilaa kutsutaan uh sähköinen, ja pH:ta, jossa isoelektrinen tila esiintyy, kutsutaan isoelektriseksi pisteeksi (IEP). IEP on yksi proteiinin tärkeimmistä ominaisuuksista.

Liuoksen happamoitumisen myötä proteiini varautuu positiivisesti. Proteiinimolekyylit latautuvat uudelleen. Jos otamme positiivisesti varautuneen proteiinin, alkalisoituessaan se saa ensin isoelektrisen tilan ja sitten varautuu negatiivisesti.

Yleissääntö on, että proteiini, jonka pH on alle IEP:n, on positiivisesti varautunut ja on kationi, ja pH:ssa IEP:n yläpuolella se on negatiivisesti varautunut ja se on anioni.

Proteiinien varauksen ero mahdollistaa niiden erottamisen jatkuvassa sähkökentässä. Tätä erotusmenetelmää kutsutaan elektroforeesiksi.

Ioninvaihtokromatografia perustuu myös seoksen erottuneiden aineiden varauseroon.

Proteiinin denaturaatio

Denaturaatio on mikä tahansa ei-hydrolyyttinen muutos proteiinien rakenteessa, johon liittyy muutos niiden rakenteessa biologista toimintaa ja toimintoja. Monet tekijät voivat aiheuttaa denaturoitumista: kiehuminen, korkea lämpötila, ultravioletti ja ionisoiva säteily, ylipaine, raskasmetallien suolat, äärimmäiset pH-arvot (vahvat hapot ja emäkset), jotkut orgaaniset yhdisteet.

Kuumentaminen ja erilaiset säteilyt tuhoavat proteiinin vety- ja ionisidoksia. Vahvat hapot, emäkset ja väkevät suolaliuokset rikkovat ionisidoksia. Raskasmetallit muodostavat vahvoja sidoksia karboksianionien kanssa ja rikkovat ionisidoksia. Orgaaniset liuottimet ja pesuaineet häiritsevät hydrofobisia vuorovaikutuksia ja katkaisevat proteiinien vetysidoksia.

Denaturoinnin aikana kaikki proteiinin heikot sidokset muuttuvat tai tuhoutuvat: vety, sähköstaattinen, hydrofobinen jne., mutta peptidisidokset pysyvät ehjinä.

Denaturoitumisen merkkejä ovat:

1) liukoisuuden muutos. Veteen liuennut proteiini saostuu tai päinvastoin liukenematon proteiini liukenee;

2) optisen aktiivisuuden muutos, esimerkiksi polarisoidun säteen tason kiertokulma;

3) uusien reaktiivisten ryhmien ilmaantuminen ennen denaturaatiota piilossa proteiinipallon sisällä;

4) tärkein ja ensimmäinen merkki denaturaatiosta on toiminnan menetys. Rakenteellinen proteiini löystyy, entsyymit menettävät katalyyttisen aktiivisuutensa jne.

Denaturoivasta aineesta vapautumisen jälkeen proteiini saa vähitellen alkuperäiset ominaisuutensa. Tätä prosessia kutsutaan renaturaatio.

Proteiinien optiset ominaisuudet

Kromoproteiineja lukuun ottamatta proteiinit ovat värittömiä. Proteiinit absorboivat ultraviolettivaloa maksimialueella λ = 280 nm johtuen aromaattisista aminohapoista. Toinen absorptiomaksimi λ = 216 nm:ssä kuuluu peptidisidokselle.

Proteiiniliuokset ovat läpinäkyviä, mutta niissä on opalesenssia - sameus näkyy sivuvalaistuksen alla. Näitä ominaisuuksia käytetään proteiinin kvantifiointiin.

MONONUKLEOTIDIT

Puriini Guaniini Adeniini

Pyrimidiini Sytosiini Tymiini Urasiili

Lueteltujen emästen lisäksi on metyloituja, rikkiä sisältäviä ja muita typpipitoisten emästen johdannaisia. Niitä kutsutaan pienet perusteet. Esimerkiksi prokaryooteissa on: ribotymidiini, inosiini, ksantiini, hypoksantiini jne. Kaikkiaan tunnetaan noin 60 typpipitoista emästä.

Typpipitoiset emäkset ja niistä rakennetut yhdisteet absorboivat intensiivisesti valoa ultraviolettialueella (260-280 nm). Tätä ominaisuutta käytetään koostumuksessaan typpipitoisia emäksiä sisältävien aineiden kvantitatiiviseen määritykseen.

https://pandia.ru/text/78/240/images/image009_58.jpg" alt="http://*****/biohimija_severina/img/B5873p267-a1.jpg" align="left" width="289" height="203 src=">Важным производным нуклеозидов является !} leiri. Se muodostuu ATP:stä adenylaattisyklaasientsyymin osallistuessa. cAMP osallistuu solun aineenvaihduntaprosessien säätelyyn. Erityisesti se toimii toisena välittäjänä tiettyjen solujen hormonien toiminnassa. .

Nukleotidien tyypin mukaan rakennetut yhdisteet ovat osa monimutkaisia ​​entsyymejä, joilla on rooli koentsyymejä. Usein tällaisten koentsyymien koostumuksesta löytyy typpipitoisia aineita, jotka eroavat rakenteeltaan puriini- ja pyrimidiiniemäksistä. Niitä ei syntetisoidu eläinten kehossa, vaan ne tulevat ruoasta (vitamiinit).

Flaviin mononukleotidi ( FMN) - fosforyloitu riboflaviini(B2-vitamiini).

Flaviiniadeniinidinukleotidi ( VILLITYS) koostuu kahdesta nukleotidista AMP ja FMN.

Koentsyymi A aktivoi ja siirtää asyyliradikaaleja, jotka ovat kiinnittyneet SH-ryhmään tioeetterisidoksen kautta.

Siedettävän hapon mukaan yhdisteitä kutsutaan asetyylikoentsyymi A:ksi, malonyylikoentsyymi A:ksi, sukkinyylikoentsyymi A:ksi.

NUKLEIINIHAPOT

Nukleiinihapot- deoksiribonukleiini (DNA) ja ribonukleiini (RNA) ovat vastaavasti deoksiribonukleotidien ja ribonukleotidien polymeerejä. Nukleiinihappojen mononukleotidit ovat yhteydessä toisiinsa fosforihappotähteen kautta riboosin viides hiili Ja riboosin kolmas hiili viereinen nukleotidi.

DNA:n rakenne

Vuonna 1950 Chargaff löysi DNA:n nukleotidikoostumuksesta useita malleja, joita myöhemmin kutsuttiin Chargaffin säännöiksi. Nämä säännöt ovat: 1) Pur=Pir, 2) A=T, 3) G=C, 4) A+C=G+T. Chargaffin säännöt auttoivat muotoilemaan täydentävän mallin DNA:n rakenteelle.

DNA:n primaarirakenne joita edustavat polynukleotidiketjut.

DNA-ketjuissa on useita malleja:

1) Viruksissa ja prokaryooteissa lähes koko DNA-sekvenssi on ainutlaatuinen; eukaryooteissa 30-40% DNA:sta on toistuvia sekvenssejä, erityisesti monet toistuvia osia DNA:ssa sentromeerialueella.

2) DNA-ketjuilla ei ole haaroja.

3) DNA:ssa on monia (tuhansia) taaksepäin kulkevia sekvenssejä - palindromeja, "muutoksia". Esimerkkejä vaihtajista venäjäksi: "painasi karjua munakoisolle." Palindromit muodostavat ristinmuotoisia rakenteita - hiusneuloja, joilla on merkittävä rooli geenin ilmentymisen (työn) säätelyssä.

DNA:n toissijainen rakenne

Vuonna 1953 J. Watson ja F. Crick havaitsivat, että DNA on kaksoiskierre vastakkainen polynukleotidiketjut. Ketjuja pitävät lähellä toisiaan vetysidokset, jotka muodostuvat typpipitoisten emästen välille, ja adeniinin ja tymiinin välillä on kaksoissidos ja sytosiinin ja guaniinin välillä kolminkertainen sidos. Ulkopuolella kaksoiskierre DNA:lla on sokerifosfaattirunko.

Täydentävät sidotut typpipitoiset emäkset ovat sisäänpäin. Pinossa typpipitoiset emäkset siirtyvät toistensa suhteen. DNA-heliksiä on useita tyyppejä:

1) tyypin B heliksi, löydetty DNA-replikaation aikana;

2) tyypin A heliksi, havaittu transkription aikana;

3) Z-tyyppinen kierre, joka on kiertynyt vasemmalle, ei oikealle, kuten A- tai B-kierre, tapahtuu ylityksen yhteydessä.

4) Myös tyypin C ja SBS kelat kuvataan. Viimeinen ei ole suljettu.

Viruksilla voi olla yksijuosteinen DNA.

DNA:n tertiäärinen rakenne

Prokaryooteilla on pyöreitä DNA-molekyylejä. Eukaryooteissa DNA:n päät ovat vapaita - tämä on DNA:n lineaarinen muoto. Viruksilla on lineaarinen ja pyöreä DNA.

Prokaryooteilla ei ole ydintä. Niiden DNA yhdessä proteiinien kanssa on kiinnittynyt sytoplasmiseen kalvoon muodostaen nukleoidin.

Eukaryooteissa DNA on erotettu muusta solusta ydinkalvolla. Interfaasissa eukaryoottinen DNA keskittyy kromatiinilangat. Kromatiini sisältää DNA:n lisäksi proteiineja. 50% kromatiiniproteiinia - histonit. Histonit sisältävät iso luku diaminokarboksyylihappojen jäännökset: arginiini ja lysiini. Nämä ovat hyvin konservoituneita pallomaisia ​​proteiineja, jotka ovat lähes samat kaikissa eukaryooteissa. Kromatiiniproteiinien toinen puolisko on ei-histoniproteiineja, joille on ominaista suuri monimuotoisuus.

Kromatiinissa on useita organisoitumistasoja:

1) Nukleosomit. Lähes kaksi kierrosta DNA:ta on kierretty neljän histonimolekyyliparin ytimen ympärille. Tämä - ydin. Sijaitsee aivokuoren välissä linkittäjä- 40 emäsparia osittain histoni- ja (tai) ei-histoniproteiinien peittämiä tai proteiineja ei peitä ollenkaan. Histonit osallistuvat geenien aktivaatioon ja tukahduttamiseen transkription tasolla.

2) solenoidit: 6-10 nukleosomia tekevät yhden solenoidin kierroksen.

3) silmukat. Ei-histoniproteiinien rungosta löytyy 30-90 tuhannen emäsparin silmukoita, joissa alku ja loppu sijaitsevat lähellä.

4) Huipputaso DNA:n järjestäytyminen eukaryooteissa on kromosomi. Kromosomin perusta on proteiinimatriisi, johon DNA on kiinnittynyt. Kromosomin päissä on DNA:n osia, joita kutsutaan nimellä telomeerit. Replikaatio voi alkaa telomeereistä; telomeerit suojaavat kromosomien päitä hajoamiselta.

Telomeerit lyhenevät jokaisella replikaatiolla. Saavutettuaan tietyn kriittisen pienen telomeeriarvon solu kuolee. Telomeraasi - entsyymi, joka palauttaa telomeerien pituuden, tekee solusta kuolemattoman. Telomeraasia löytyy lisääntymis-, varresta Ja syöpäsolut, muut solut eivät. Kromosomin keskellä on sentromeeri- myös ei-koodaavaa DNA:ta, joka varmistaa kromosomien oikean eron solunjakautumisen aikana.

Suurin osa DNA:sta on silmukoissa. Täällä geenit sijaitsevat. Jokainen silmukka sisältää yhden tai useamman geenin. Silmukat ovat vuorovaikutuksessa kromosomimatriisin kanssa DNA:n ei-koodaavien alueiden kautta.

DNA:n fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Kromosomi on yksi DNA-molekyyli. Prokaryooteilla on vain yksi kromosomi. DNA-koot vaihtelevat 5000 nukleotidista viruksissa 5 miljardiin (sen pituus on 8 cm) ihmisissä. Yhden ihmissolun kaikkien kromosomien DNA:n pituus on noin 2 m.

DNA on valkoista kuitumassaa. Liuokset ovat erittäin viskooseja. Viskositeetti kasvaa molekyylipainon kasvaessa. DNA-liuokset absorboivat ultraviolettivaloa maksimissaan 260 nm:ssä. DNA vedessä on negatiivisesti varautunut.

Happamissa, emäksisessä ympäristössä ° C:n lämpötilassa formamidin, urean ja useiden muiden tekijöiden läsnä ollessa tapahtuu DNA-polynukleotidiketjujen eroaminen - denaturaatio. Denaturoinnin aikana vetysidokset katkeavat - DNA " sulaa". Sulamislämpötilaksi katsotaan se lämpötila, jossa DNA denaturoituu puoleen (puolet vetysidoksista katkeaa). Sulamisen aikana havaitaan liuosten optisen tiheyden kasvua 260 nm:ssä - hyperkrominen vaikutus.

Mitä enemmän G-C-pareja DNA:ssa, sitä korkeampi sulamispiste, koska G-C parit vahvempi kuin A-T, koska niitä pitää kolme vetysidosta.

Lämpötilan laskemisen jälkeen lämpödenaturoitu DNA palauttaa sekundaarirakenteensa, tapahtuu renaturaatiota tai hehkutus, hapot.

Jos seoksen eri lähteistä peräisin olevaa DNA:ta denaturoidaan ja paritetaan, tapahtuu vieraiden DNA-ketjujen hybridisaatio komplementaarisuuden lakien mukaisesti. DNA- ja RNA-ketjujen hybridisaatio on mahdollista. Tässä tapauksessa hybridi nukleiinihappo jossa yksi juoste on RNA:ta ja toinen on DNA.

MODUULI 1 PROTEIINIEN RAKENNE, OMINAISUUDET JA TOIMINNOT

MODUULI 1 PROTEIINIEN RAKENNE, OMINAISUUDET JA TOIMINNOT

Moduuliyksikkö 1 MONOMEERISTEN PROTEIINIEN RAKENNEJÄRJESTELY JA NIIDEN TOIMINNAN PERUSTA

Oppimistavoitteet Kykyä:

1. Käytä tietoa proteiinien rakenteellisista ominaisuuksista ja proteiinien toimintojen riippuvuudesta niiden rakenteesta ymmärtääksesi perinnöllisten ja hankittujen proteinopatioiden kehittymismekanismeja.

2. Selitä tiettyjen lääkkeiden terapeuttisen vaikutuksen mekanismeja ligandeina, jotka ovat vuorovaikutuksessa proteiinien kanssa ja muuttavat niiden aktiivisuutta.

3. Käytä tietoa proteiinien rakenteesta ja konformationaalisesta labilisuudesta ymmärtääksesi niiden rakenteellista ja toiminnallista epästabiilisuutta ja taipumusta denaturoitua muuttuvissa olosuhteissa.

4. Selitä denaturointiaineiden käyttö lääketieteellisten materiaalien ja instrumenttien steriloinnissa sekä antiseptisinä aineina.

Tietää:

1. Proteiinien rakenteellisen organisoinnin tasot.

2. Proteiinien primäärirakenteen merkitys, joka määrää niiden rakenteellisen ja toiminnallisen monimuotoisuuden.

3. Proteiinien aktiivisen keskuksen muodostumismekanismi ja sen spesifinen vuorovaikutus ligandin kanssa, joka on proteiinien toiminnan taustalla.

4. Esimerkkejä eksogeenisten ligandien (lääkkeet, toksiinit, myrkyt) vaikutuksesta proteiinien konformaatioon ja toiminnalliseen aktiivisuuteen.

5. Proteiinien denaturoitumisen syyt ja vaikutukset, denaturaatiota aiheuttavat tekijät.

6. Esimerkkejä denaturoivien tekijöiden käytöstä lääketieteessä antiseptisinä aineina ja keinoina lääketieteellisten instrumenttien sterilointiin.

AIHE 1.1. PROTEIINIEN RAKENNEJÄRJESTELY. ALKUPERÄISEN MUODOSTAMINEN

PROTEIINIKONFORMAATIOT

Proteiinit ovat polymeerimolekyylejä, joiden monomeerit ovat vain 20 a-aminohappoa. Proteiinissa olevien aminohappojen sarjan ja liittymisjärjestyksen määrää yksilöiden DNA:ssa olevien geenien rakenne. Jokainen proteiini suorittaa oman tehtävänsä erityisrakenteensa mukaisesti. Tietyn organismin proteiinien joukko määrittää sen fenotyyppiset ominaisuudet, samoin kuin perinnöllisten sairauksien esiintymisen tai taipumuksen niiden kehittymiseen.

1. Aminohapot, jotka muodostavat proteiineja. peptidisidos. Proteiinit ovat polymeerejä, jotka on rakennettu monomeereistä - 20 α-aminohaposta, joiden yleinen kaava on

Aminohapot eroavat α-hiiliatomiin kiinnittyneiden radikaalien rakenteesta, koosta ja fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista. Aminohappojen funktionaaliset ryhmät määrittävät eri α-aminohappojen ominaisuuksien piirteet. α-aminohapoissa esiintyvät radikaalit voidaan jakaa useisiin ryhmiin:

proliini, toisin kuin muut 19 proteiinimonomeeriä, ei aminohappo, vaan iminohappo, proliinissa oleva radikaali liittyy sekä α-hiiliatomiin että iminoryhmään

Aminohapot eroavat toisistaan ​​liukoisuudessaan veteen. Tämä johtuu radikaalien kyvystä olla vuorovaikutuksessa veden kanssa (hydratoitua).

TO hydrofiilinen Käsitteet sisältävät anionisia, kationisia ja polaarisia varautumattomia radikaaleja funktionaalisia ryhmiä.

TO hydrofobinen Käsitteet sisältävät radikaaleja, jotka sisältävät metyyliryhmiä, alifaattisia ketjuja tai syklejä.

2. Peptidisidokset yhdistävät aminohapot peptideiksi. Peptidin synteesin aikana yhden aminohapon α-karboksyyliryhmä on vuorovaikutuksessa toisen aminohapon α-aminoryhmän kanssa muodostaen peptidisidos:

Proteiinit ovat polypeptidejä, ts. α-aminohappojen lineaarisia polymeerejä peptidisidos(Kuva 1.1.)

Riisi. 1.1. Termit, joita käytetään kuvaamaan peptidien rakennetta

Aminohappomonomeerejä, jotka muodostavat polypeptidejä, kutsutaan aminohappotähteet. Toistuvien ryhmien ketju - NH-CH-CO- lomakkeet peptidirunko. Aminohappotähdettä, jossa on vapaa a-aminoryhmä, kutsutaan N-päätteeksi, ja aminohappotähdettä, jossa on vapaa a-karboksyyliryhmä, kutsutaan C-päätteeksi. Peptidit kirjoitetaan ja luetaan N-päästä C-päähän.

Proliinin iminoryhmän muodostama peptidisidos eroaa muista peptidisidoksista: peptidiryhmän typpiatomista puuttuu vety,

sen sijaan on olemassa sidos radikaalin kanssa, minkä seurauksena syklin toinen puoli sisältyy peptidirunkoon:

Peptidit eroavat toisistaan ​​aminohappokoostumuksessa, aminohappojen lukumäärässä ja aminohappojen järjestyksessä, esimerkiksi Ser-Ala-Glu-Gis ja His-Glu-Ala-Ser ovat kaksi eri peptidiä.

Peptidisidokset ovat erittäin vahvoja, ja niiden kemiallinen ei-entsymaattinen hydrolyysi vaatii ankaria olosuhteita: analysoitua proteiinia hydrolysoidaan väkevässä suolahapossa noin 110°C:n lämpötilassa 24 tunnin ajan. Elävässä solussa peptidisidokset voivat katketa proteolyyttiset entsyymit, nimeltään proteaasit tai peptidihydrolaasit.

3. Proteiinien perusrakenne. Aminohappotähteet eri proteiinien peptidiketjuissa eivät vuorottele satunnaisesti, vaan ne on järjestetty tiettyyn järjestykseen. Lineaarista sekvenssiä tai aminohappotähteiden sekvenssiä polypeptidiketjussa kutsutaan proteiinin ensisijainen rakenne.

Kunkin yksittäisen proteiinin primäärirakenne on koodattu DNA-molekyylissä (alueella, jota kutsutaan geeniksi) ja se toteutuu transkription (mRNA:n tietojen uudelleenkirjoittaminen) ja translaation (proteiinin primäärirakenteen synteesi) aikana. Näin ollen yksittäisen ihmisen proteiinien primäärirakenne on vanhemmilta lapsille peritty tieto, joka määrää tietyn organismin proteiinien rakenteelliset ominaisuudet, joista olemassa olevien proteiinien toiminta riippuu (kuva 1.2.).

Riisi. 1.2. Genotyypin ja yksilön kehossa syntetisoitujen proteiinien konformaation välinen suhde

Jokaisella ihmiskehon noin 100 000 yksittäisestä proteiinista on ainutlaatuinen ensisijainen rakenne. Yhden tyyppisen proteiinin (esimerkiksi albumiinin) molekyyleissä on sama aminohappotähteiden vuorottelu, mikä erottaa albumiinin kaikista muista yksittäisistä proteiineista.

Peptidiketjun aminohappotähteiden sekvenssiä voidaan pitää eräänä tiedontallennusmuotona. Tämä tieto määrää lineaarisen peptidiketjun avaruudellisen laskostumisen kompaktimmaksi kolmiulotteiseksi rakenteeksi ns. konformaatio orava. Funktionaalisesti aktiivisen proteiinikonformaation muodostumisprosessia kutsutaan taitettava.

4. Proteiinien konformaatio. Vapaa pyöriminen peptidirungossa on mahdollista peptidiryhmän typpiatomin ja viereisen a-hiiliatomin sekä a-hiiliatomin ja karbonyyliryhmän hiilen välillä. Aminohappotähteiden funktionaalisten ryhmien vuorovaikutuksen ansiosta proteiinien primäärirakenne voi saada monimutkaisempia tilarakenteita. Globulaarisissa proteiineissa peptidiketjujen konformaation laskostumisen kaksi päätasoa erotetaan: toissijainen Ja tertiäärinen rakenne.

Proteiinien toissijainen rakenne- tämä on avaruudellinen rakenne, joka muodostuu vetysidosten muodostumisen seurauksena peptidirungon funktionaalisten ryhmien -C=O ja -NH- välille. Tässä tapauksessa peptidiketju voi hankkia kahdentyyppisiä säännöllisiä rakenteita: α-heliksit Ja β rakenteet.

SISÄÄN α-heliksit vetysidokset muodostuvat karbonyyliryhmän happiatomin ja siitä peräisin olevan 4. aminohapon amiditypen vedyn välille; aminohappotähteiden sivuketjut

sijaitsee kierteen reunalla, ei osallistu sekundaarirakenteen muodostukseen (kuva 1.3.).

Kookkaat radikaalit tai radikaalit, joissa on samat varaukset, estävät a-heliksin muodostumisen. Proliinitähde, jolla on rengasrakenne, katkaisee a-heliksin, koska vedyn puuttumisen vuoksi peptidiketjun typpiatomissa on mahdotonta muodostaa vetysidosta. Typen ja a-hiiliatomin välinen sidos on osa proliinisykliä, joten peptidirunko saa mutkan tässä paikassa.

β-rakenne muodostuu yhden polypeptidiketjun peptidirungon lineaaristen alueiden väliin, jolloin muodostuu laskostettuja rakenteita. Polypeptidiketjuja tai niiden osia voi muodostua rinnakkain tai antirinnakkaiset β-rakenteet. Ensimmäisessä tapauksessa vuorovaikutuksessa olevien peptidiketjujen N- ja C-päät ovat yhtenevät, ja toisessa tapauksessa niillä on päinvastainen suunta (kuva 1.4).

Riisi. 1.3. Proteiinin sekundaarirakenne - α-heliksi

Riisi. 1.4. Rinnakkaiset ja vastasuuntaiset β-laskostetut rakenteet

β-rakenteet on merkitty leveillä nuolilla: A - Vastasuuntainen β-rakenne. B - Yhdensuuntaiset β-laskostetut rakenteet

Joissakin proteiineissa β-rakenteita voi muodostua johtuen vetysidosten muodostumisesta eri polypeptidiketjujen peptidirungon atomien välille.

Löytyy myös proteiineista alueet, joilla on epäsäännöllinen toissijainen rakenne, joka sisältää polypeptidirungon mutkia, silmukoita ja käänteitä. Ne sijaitsevat usein paikoissa, joissa peptidiketjun suunta muuttuu, esimerkiksi rinnakkaisen β-levyrakenteen muodostumisen aikana.

α-heliksien ja β-rakenteiden läsnäolon perusteella pallomaiset proteiinit voidaan jakaa neljään luokkaan.

Riisi. 1.5. Myoglobiinin (A) ja hemoglobiinin β-ketjun (B) toissijainen rakenne, joka sisältää kahdeksan α-heliksiä

Riisi. 1.6. Trioosifosfaatti-isomeraasin ja pyruvaattikinaasidomeenin toissijainen rakenne

Riisi. 1.7. Immunoglobuliinin vakiodomeenin (A) ja superoksididismutaasientsyymin (B) toissijainen rakenne

SISÄÄN neljäs luokka sisälsi proteiineja, joiden koostumuksessa on pieni määrä säännöllisiä sekundaarisia rakenteita. Nämä proteiinit sisältävät pieniä, kysteiinipitoisia proteiineja tai metalloproteiineja.

Proteiinin tertiäärinen rakenne- aminohapporadikaalien välisistä vuorovaikutuksista muodostuva konformaatiotyyppi, joka voi sijaita huomattavan etäisyyden päässä toisistaan ​​peptidiketjussa. Tässä tapauksessa useimmat proteiinit muodostavat spatiaalisen rakenteen, joka muistuttaa palloa (globulaariset proteiinit).

Koska aminohappojen hydrofobisilla radikaaleilla on taipumus yhdistyä ns hydrofobisia vuorovaikutuksia ja molekyylien välisten van der Waalsin voimien vuoksi proteiinipallon sisään muodostuu tiheä hydrofobinen ydin. Hydrofiiliset ionisoidut ja ionisoimattomat radikaalit sijaitsevat pääasiassa proteiinin pinnalla ja määrittävät sen vesiliukoisuuden.

Riisi. 1.8. Sidostyypit, jotka syntyvät aminohapporadikaalien välille proteiinin tertiaarisen rakenteen muodostumisen aikana

1 - ionisidos- esiintyy positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden funktionaalisten ryhmien välillä;

2 - vetysidos- esiintyy hydrofiilisen varautumattoman ja minkä tahansa muun hydrofiilisen ryhmän välillä;

3 - hydrofobisia vuorovaikutuksia- esiintyä hydrofobisten radikaalien välillä;

4 - disulfidisidos- muodostuu kysteiinitähteiden SH-ryhmien hapettumisesta ja niiden vuorovaikutuksesta keskenään

Hydrofiiliset aminohappotähteet hydrofobisen ytimen sisällä voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa käyttämällä ioninen Ja vetysidoksia(Kuva 1.8).

Ioni- ja vetysidokset sekä hydrofobiset vuorovaikutukset ovat heikkoja: niiden energia ylittää hieman molekyylien lämpöliikkeen energian huonelämpötila. Proteiinin konformaatiota ylläpitää monien tällaisten heikkojen sidosten esiintyminen. Koska proteiinin muodostavat atomit ovat jatkuvassa liikkeessä, on mahdollista rikkoa joitakin heikkoja sidoksia ja muodostaa muita, mikä johtaa polypeptidiketjun yksittäisten osien pieniin liikkeisiin. Tätä proteiinien ominaisuutta muuttaa konformaatiota joidenkin hajoamisen ja muiden heikkojen sidosten muodostumisen seurauksena kutsutaan konformationaalinen labilisuus.

Ihmiskehossa on järjestelmät, jotka tukevat homeostaasi- sisäisen ympäristön pysyvyys tietyissä terveelle organismille hyväksyttävissä rajoissa. Homeostaasin olosuhteissa pienet muutokset konformaatiossa eivät häiritse yleinen rakenne ja proteiinien toimintaa. Proteiinin toiminnallisesti aktiivista konformaatiota kutsutaan syntyperäinen rakenne. Muutos sisäisessä ympäristössä (esim. glukoosin, Ca-ionien, protonien jne. pitoisuus) johtaa proteiinien konformaation muutokseen ja toiminnan häiriintymiseen.

Joidenkin proteiinien tertiäärinen rakenne on stabiloitunut disulfidisidokset, muodostuu kahden tähteen -SH-ryhmien vuorovaikutuksesta

Riisi. 1.9. Disulfidisidoksen muodostuminen proteiinimolekyylissä

kysteiini (kuva 1.9). Useimpien solunsisäisten proteiinien tertiäärisessä rakenteessa ei ole kovalenttisia disulfidisidoksia. Niiden läsnäolo on ominaista solun erittämille proteiineille, mikä varmistaa niiden paremman stabiilisuuden solunulkoisissa olosuhteissa. Joten disulfidisidoksia on läsnä insuliinin ja immunoglobuliinien molekyyleissä.

Insuliini- proteiinihormoni, joka syntetisoituu haiman β-soluissa ja erittyy vereen vasteena veren glukoosipitoisuuden nousulle. Insuliinin rakenteessa on kaksi disulfidisidosta, jotka yhdistävät polypeptidin A- ja B-ketjut, ja yksi disulfidisidos A-ketjun sisällä (kuva 1.10).

Riisi. 1.10. Disulfidisidokset insuliinin rakenteessa

5. Proteiinien supersekundaarinen rakenne. Proteiineissa, jotka ovat toisinaan erilaisia ​​primäärirakenteeltaan ja -toiminnoiltaan samanlaiset yhdistelmät ja sekundäärirakenteiden sijoittaminen toisiinsa, joita kutsutaan ylisekundaariseksi rakenteeksi. Se on väliasemassa sekundääristen ja tertiääristen rakenteiden välillä, koska se on erityinen yhdistelmä sekundäärisiä rakenne-elementtejä proteiinin tertiaarisen rakenteen muodostumisen aikana. Supersekundaarisilla rakenteilla on erityiset nimet, kuten "a-helix-turn-a-helix", "leusiinivetoketju", "sinkkisormet" jne. Tällaiset supersekundaariset rakenteet ovat ominaisia ​​DNA:ta sitoville proteiineille.

"Leusiinivetoketju". Tällaista supersekundaarista rakennetta käytetään yhdistämään kaksi proteiinia. Vuorovaikutteisten proteiinien pinnalla on α-kierteisiä alueita, jotka sisältävät vähintään neljä leusiinitähdettä. Leusiinitähteet α-heliksissä sijaitsevat kuuden aminohapon päässä toisistaan. Koska jokainen α-heliksin kierros sisältää 3,6 aminohappotähdettä, leusiiniradikaaleja löytyy joka toisen kierroksen pinnasta. Yhden proteiinin α-heliksin leusiinitähteet voivat olla vuorovaikutuksessa toisen proteiinin leusiinitähteiden kanssa (hydrofobiset vuorovaikutukset), jotka yhdistävät ne toisiinsa (kuva 1.11.). Monet DNA:ta sitovat proteiinit toimivat osana oligomeerikomplekseja, joissa yksittäiset alayksiköt on liitetty toisiinsa "leusiinivetoketjuilla".

Riisi. 1.11. "Leusiinivetoketju" kahden proteiinin α-kierteisten alueiden välissä

Histonit ovat esimerkki tällaisista proteiineista. Histonit- ydinproteiinit, mukaan lukien suuri määrä positiivisesti varautuneet aminohapot - arginiini ja lysiini (jopa 80%). Histonimolekyylit yhdistetään oligomeerisiksi komplekseiksi, jotka sisältävät kahdeksan monomeeriä "leusiinikiinnittimien" avulla huolimatta näiden molekyylien merkittävästä homonyymistä varauksesta.

"sinkkisormi"- DNA:ta sitoville proteiineille tyypillinen supersekundaarirakenteen variantti on proteiinin pinnalla pitkänomaisen fragmentin muotoinen ja sisältää noin 20 aminohappotähdettä (kuva 1.12). "Vennytetyn sormen" muotoa tukee sinkkiatomi, joka liittyy neljään aminohapporadikaaliin - kahteen kysteiinitähteeseen ja kahteen histidiinitähteeseen. Joissakin tapauksissa histidiinitähteiden sijasta on kysteiinijäämiä. Kaksi lähekkäin olevaa kysteiinitähdettä erotetaan kahdesta muusta Gisili-tähteestä noin 12 aminohappotähteen Cys-sekvenssillä. Tämä proteiinin alue muodostaa a-heliksin, jonka radikaalit voivat sitoutua spesifisesti DNA:n pääuran säätelyalueisiin. Yksilön sitoutumisen spesifisyys

Riisi. 1.12. DNA:ta sitovien proteiinien osan ensisijainen rakenne, joka muodostaa "sinkkisormen" rakenteen (kirjaimet osoittavat aminohappoja, jotka muodostavat tämän rakenteen)

säätelevä DNA:ta sitova proteiini riippuu "sinkkisormessa" sijaitsevien aminohappotähteiden sekvenssistä. Tällaiset rakenteet sisältävät erityisesti steroidihormonireseptoreita, jotka osallistuvat transkription säätelyyn (informaation lukeminen DNA:sta RNA:ksi).

AIHE 1.2. PROTEIINITOIMINNAN PERUSTEET. LAIMET LIGANDEINA, JOTKA VAIKUTTAVAT PROTEIIINITOIMINTOA

1. Proteiinin aktiivinen keskus ja sen vuorovaikutus ligandin kanssa. Tertiäärisen rakenteen muodostumisen aikana funktionaalisesti aktiivisen proteiinin pinnalle, yleensä syvennykseen, muodostuu paikka primäärirakenteessa kaukana toisistaan ​​olevista aminohapporadikaaleista. Tätä kohtaa, jolla on ainutlaatuinen rakenne tietylle proteiinille ja joka pystyy spesifisesti vuorovaikuttamaan tietyn molekyylin tai samankaltaisten molekyylien ryhmän kanssa, kutsutaan proteiinin sitomispaikaksi ligandin tai aktiivisen kohdan kanssa. Ligandit ovat molekyylejä, jotka ovat vuorovaikutuksessa proteiinien kanssa.

Korkea spesifisyys Proteiinin vuorovaikutus ligandin kanssa varmistetaan aktiivisen keskuksen rakenteen komplementaarisella ligandin rakenteen kanssa.

täydentävyyttä on vuorovaikutuksessa olevien pintojen avaruudellinen ja kemiallinen vastaavuus. Aktiivisen keskuksen tulee paitsi avaruudellisesti vastata siihen kuuluvaa ligandia, myös aktiiviseen keskukseen sisältyvien radikaalien funktionaalisten ryhmien ja ligandin välille tulee muodostua sidoksia (ioni-, vety- ja hydrofobiset vuorovaikutukset), jotka pitävät ligandin. aktiivisessa keskustassa (kuva 1.13 ).

Riisi. 1.13. Proteiinin täydentävä vuorovaikutus ligandin kanssa

Joillakin ligandeilla, kun ne ovat kiinnittyneet proteiinin aktiiviseen keskukseen, on apurooli proteiinien toiminnassa. Tällaisia ​​ligandeja kutsutaan kofaktoreiksi, ja proteiineja, joiden koostumuksessa on ei-proteiininen osa, kutsutaan monimutkaiset proteiinit(toisin kuin yksinkertaiset proteiinit, jotka koostuvat vain proteiiniosasta). Proteiiniin lujasti kiinnittyvää ei-proteiiniosaa kutsutaan prosteettinen ryhmä. Esimerkiksi myoglobiinin, hemoglobiinin ja sytokromien koostumus sisältää proteettisen ryhmän, joka on kiinteästi kiinnittynyt aktiiviseen keskustaan ​​- rauta-ionin sisältävän hemin. Hemeä sisältäviä monimutkaisia ​​proteiineja kutsutaan hemoproteiineiksi.

Kun spesifisiä ligandeja kiinnittyy proteiineihin, näiden proteiinien toiminta ilmenee. Siten albumiini, veriplasman tärkein proteiini, osoittaa kuljetustoimintonsa kiinnittämällä aktiiviseen keskukseen hydrofobisia ligandeja, kuten rasvahappoja, bilirubiinia, joitain lääkkeitä jne. (Kuva 1.14)

Peptidiketjun kolmiulotteisen rakenteen kanssa vuorovaikutuksessa olevat ligandit voivat olla paitsi pienimolekyylipainoisia orgaanisia ja epäorgaanisia molekyylejä, myös makromolekyylejä:

DNA (yllä käsitellyt esimerkit DNA:ta sitovien proteiinien kanssa);

polysakkaridit;

Riisi. 1.14. Genotyypin ja fenotyypin välinen suhde

DNA-molekyyliin koodattu ihmisen proteiinien ainutlaatuinen primäärirakenne toteutuu soluissa ainutlaatuisen konformaation, aktiivisen kohdan rakenteen ja proteiinitoimintojen muodossa.

Näissä tapauksissa proteiini tunnistaa ligandin spesifisen alueen, joka on suhteessa sitoutumiskohtaan ja täydentää sitä. Hepatosyyttien pinnalla on siis insuliinihormonin reseptoriproteiineja, jolla myös on proteiinin rakenne. Insuliinin vuorovaikutus reseptorin kanssa aiheuttaa muutoksen sen konformaatiossa ja signaalijärjestelmien aktivoitumisen, mikä johtaa ravinteiden kertymiseen maksasoluihin syömisen jälkeen.

Täten, Proteiinien toiminta perustuu proteiinin aktiivisen keskuksen spesifiseen vuorovaikutukseen ligandin kanssa.

2. Domeenirakenne ja sen rooli proteiinien toiminnassa. Globulaaristen proteiinien pitkät polypeptidiketjut laskostuvat usein useiksi kompakteiksi, suhteellisen itsenäisiksi alueiksi. Niillä on itsenäinen tertiäärinen rakenne, joka muistuttaa globulaaristen proteiinien rakennetta, ja niitä kutsutaan verkkotunnuksia. Proteiinien domeenirakenteen ansiosta niiden tertiäärinen rakenne on helpompi muodostaa.

Domeeniproteiineissa ligandia sitovat kohdat sijaitsevat usein domeenien välissä. Joten trypsiini on proteolyyttinen entsyymi, jota haiman eksokriininen osa tuottaa ja joka on välttämätön ruokaproteiinien sulattamiseksi. Sillä on kaksidomeenirakenne, ja trypsiinin sitoutumiskohta ligandinsa - ruokaproteiinin - kanssa sijaitsee näiden kahden domeenin välisessä urassa. Aktiivisessa keskustassa luodaan olosuhteet, jotka ovat välttämättömiä elintarvikeproteiinin tietyn kohdan tehokkaalle sitoutumiselle ja sen peptidisidosten hydrolyysille.

Proteiinin eri domeenit voivat liikkua suhteessa toisiinsa, kun aktiivinen keskus on vuorovaikutuksessa ligandin kanssa (kuva 1.15).

Heksokinaasi- entsyymi, joka katalysoi glukoosin fosforylaatiota ATP:n avulla. Entsyymin aktiivinen kohta sijaitsee kahden domeenin välisessä rakossa. Kun heksokinaasi sitoutuu glukoosiin, ympäröivät domeenit sulkeutuvat ja substraatti jää loukkuun, jossa tapahtuu fosforylaatiota (katso kuva 1.15).

Riisi. 1.15. Heksokinaasidomeenien sitoutuminen glukoosiin

Joissakin proteiineissa domeenit suorittavat itsenäisiä toimintoja sitoutumalla erilaisiin ligandeihin. Tällaisia ​​proteiineja kutsutaan monitoimisiksi.

3. Lääkkeet - ligandit, jotka vaikuttavat proteiinien toimintaan. Proteiinien vuorovaikutus ligandien kanssa on spesifistä. Proteiinin ja sen aktiivisen kohdan konformaatiolabiteetin vuoksi on kuitenkin mahdollista valita toinen aine, joka voisi myös olla vuorovaikutuksessa aktiivisessa kohdassa tai molekyylin toisessa osassa olevan proteiinin kanssa.

Ainetta, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin luonnollinen ligandi, kutsutaan ligandin rakenteellinen analogi tai luonnoton ligandi. Se on myös vuorovaikutuksessa aktiivisessa kohdassa olevan proteiinin kanssa. Ligandin rakenteellinen analogi voi molemmat parantaa proteiinin toimintaa (agonisti) ja vähentää sitä (antagonisti). Ligandi ja sen rakenteelliset analogit kilpailevat toistensa kanssa proteiinin sitoutumisesta samassa kohdassa. Tällaisia ​​aineita kutsutaan kilpailukykyiset modulaattorit proteiinitoimintojen säätelijät. Monet lääkkeet toimivat proteiinin estäjinä. Jotkut niistä saadaan luonnollisten ligandien kemiallisella modifioinnilla. Proteiinitoiminnan estäjät voivat olla lääkkeitä ja myrkkyjä.

Atropiini on M-kolinergisten reseptorien kilpaileva estäjä. Asetyylikoliini – välittäjäaine hermo impulssi kolinergisten synapsien kautta. Virityksen suorittamiseksi synaptiseen rakoon vapautuneen asetyylikoliinin on oltava vuorovaikutuksessa proteiinin - postsynaptisen kalvon reseptorin - kanssa. Kaksi tyyppiä löytyi kolinergiset reseptorit:

M-reseptori asetyylikoliinin lisäksi se vuorovaikuttaa selektiivisesti muskariinin (kärpäshelttatoksiinin) kanssa. M - kolinergiset reseptorit ovat läsnä sileissä lihaksissa ja vuorovaikutuksessa asetyylikoliinin kanssa aiheuttavat niiden supistumisen;

H-reseptori sitoutuu erityisesti nikotiiniin. N-kolinergisiä reseptoreita löytyy poikkijuovaisten luustolihasten synapseista.

spesifinen estäjä M-kolinergiset reseptorit on atropiini. Sitä löytyy belladonna- ja henbane-kasveista.

Atropiinissa on rakenteeltaan asetyylikoliinin kaltaisia ​​funktionaalisia ryhmiä ja niiden tilajärjestelyjä, joten se kuuluu M-kolinergisten reseptorien kilpaileviin estäjiin. Koska asetyylikoliinin sitoutuminen M-kolinergisiin reseptoreihin aiheuttaa sileiden lihasten supistumista, atropiinia käytetään lääkkeenä, joka lievittää niiden kouristuksia. (spasmodinen). Näin ollen on tunnettua atropiinin käyttö silmälihasten rentouttamiseen silmänpohjaa tarkasteltaessa sekä kouristuksen lievittämiseen maha-suolikanavan koliikkissa. M-kolinergiset reseptorit ovat myös läsnä keskusosassa hermosto(CNS), siksi suuret atropiiniannokset voivat aiheuttaa keskushermoston ei-toivotun reaktion: motorista ja henkistä kiihtyneisyyttä, hallusinaatioita, kouristuksia.

Ditiliini on H-kolinergisten reseptorien kilpaileva agonisti, joka estää hermo-lihassynapsien toimintaa.

Luustolihasten neuromuskulaariset synapsit sisältävät H-kolinergisiä reseptoreita. Niiden vuorovaikutus asetyylikoliinin kanssa johtaa lihasten supistuksiin. Joissakin kirurgisissa leikkauksissa sekä endoskooppisissa tutkimuksissa käytetään lääkkeitä, jotka aiheuttavat luurankolihasten rentoutumista. (lihasrelaksantit). Näitä ovat dityliini, joka on asetyylikoliinin rakenteellinen analogi. Se kiinnittyy H-kolinergisiin reseptoreihin, mutta toisin kuin asetyylikoliini, tuhoaa sen hyvin hitaasti. Ionikanavien pitkittyneen avautumisen ja kalvon jatkuvan depolarisaation seurauksena hermoimpulssin johtuminen häiriintyy ja lihasten rentoutuminen tapahtuu. Alun perin nämä ominaisuudet löydettiin curare-myrkystä, joten tällaisia ​​​​lääkkeitä kutsutaan curariform.

AIHE 1.3. PROTEIINIEN DENATUROINTI JA NIIDEN SPONTAANIN RENATIVOIMISEN MAHDOLLISUUS

1. Koska proteiinien natiivi konformaatio säilyy heikkojen vuorovaikutusten, proteiinia ympäröivän ympäristön koostumuksen ja ominaisuuksien muutoksista, kemiallisille reagensseille altistumisesta ja fyysiset tekijät aiheuttavat muutoksen niiden konformaatiossa (konformationaalisen labiilin ominaisuus). Suuren määrän sidosten katkeaminen johtaa alkuperäisen konformaation tuhoutumiseen ja proteiinin denaturoitumiseen.

Proteiinin denaturaatio- tämä on niiden luonnollisen konformaation tuhoamista denaturoivien aineiden vaikutuksesta, mikä johtuu heikkojen sidosten katkeamisesta, jotka stabiloivat proteiinin avaruudellista rakennetta. Denaturoitumiseen liittyy proteiinin ainutlaatuisen kolmiulotteisen rakenteen ja aktiivisen keskuksen tuhoutuminen ja sen biologisen aktiivisuuden menetys (kuva 1.16).

Kaikki yhden proteiinin denaturoidut molekyylit saavat satunnaisen konformaation, joka eroaa saman proteiinin muista molekyyleistä. Aktiivisen keskuksen muodostavat aminohapporadikaalit osoittautuvat avaruudellisesti etäämmiksi toisistaan, ts. proteiinin spesifinen sitoutumiskohta ligandin kanssa tuhoutuu. Denaturaation aikana proteiinien primäärirakenne pysyy muuttumattomana.

Denaturointiaineiden käyttö biologisessa tutkimuksessa ja lääketieteessä. Biokemiallisissa tutkimuksissa proteiinit poistetaan yleensä ensin liuoksesta ennen alhaisen molekyylipainon yhdisteiden määritystä biologisesta materiaalista. Tähän tarkoitukseen käytetään useimmiten trikloorietikkahappoa (TCA). Kun TCA on lisätty liuokseen, denaturoidut proteiinit saostuvat ja ne poistetaan helposti suodattamalla (taulukko 1.1.)

Lääketieteessä denaturoivia aineita käytetään usein lääketieteellisten instrumenttien ja materiaalien sterilointiin autoklaaveissa (denaturoiva aine - korkea lämpötila) ja antiseptisinä aineina (alkoholi, fenoli, kloramiini) patogeenista mikroflooraa sisältävien saastuneiden pintojen käsittelyyn.

2. Spontaani proteiinin uusiutuminen- todiste proteiinien primäärirakenteen, konformaation ja toiminnan determinismistä. Yksittäiset proteiinit ovat yhden geenin tuotteita, joilla on identtinen aminohapposekvenssi ja jotka saavat saman konformaation solussa. Peruspäätelmä, että proteiinin primäärirakenne sisältää jo tietoa sen konformaatiosta ja toiminnasta, tehtiin joidenkin proteiinien (erityisesti ribonukleaasin ja myoglobiinin) kyvyn perusteella spontaaniin renativaatioon - niiden alkuperäisen konformaation palautumiseen denaturoinnin jälkeen.

Proteiinin avaruudellisten rakenteiden muodostuminen tapahtuu itsekokoamismenetelmällä - spontaani prosessi, jossa polypeptidiketju, jolla on ainutlaatuinen primäärirakenne, pyrkii ottamaan liuoksessa pienimmän konformaation. ilmaista energiaa. Kyky regeneroida proteiineja, jotka säilyttävät primäärirakenteensa denaturoinnin jälkeen, kuvattiin kokeessa ribonukleaasientsyymillä.

Ribonukleaasi on entsyymi, joka katkaisee sidoksia yksittäisten nukleotidien välillä RNA-molekyylissä. Tällä pallomaisella proteiinilla on yksi polypeptidiketju, jonka tertiääristä rakennetta stabiloivat monet heikot ja neljä disulfidisidosta.

Ribonukleaasin käsittely urealla, joka katkaisee vetysidoksia molekyylissä, ja pelkistimellä, joka katkaisee disulfidisidoksia, johtaa entsyymin denaturoitumiseen ja sen aktiivisuuden menettämiseen.

Denaturoivien aineiden poistaminen dialyysillä johtaa proteiinin konformaation ja toiminnan palautumiseen, ts. reanimaatioon. (Kuva 1.17).

Riisi. 1.17. Ribonukleaasin denaturaatio ja renaturaatio

A - ribonukleaasin natiivi konformaatio, jonka tertiäärisessä rakenteessa on neljä disulfidisidosta; B - denaturoitu ribonukleaasimolekyyli;

B - Renatiivinen ribonukleaasimolekyyli, jolla on palautettu rakenne ja toiminta

1. Täytä taulukko 1.2.

Taulukko 1.2. Aminohappojen luokitus radikaalien polariteetin mukaan

2. Kirjoita tetrapeptidin kaava:

Asp - Pro - Fen - Liz

a) eristetään peptidin toistuvat ryhmät, jotka muodostavat peptidirungon, ja vaihtelevat ryhmät, joita edustavat aminohapporadikaalit;

b) osoittavat N- ja C-päät;

c) alleviivaa peptidisidokset;

d) kirjoittaa toinen peptidi, joka koostuu samoista aminohapoista;

e) laskea mahdollisten tetrapeptidivarianttien lukumäärä, joilla on samanlainen aminohappokoostumus.

3. Selitä proteiinien primäärirakenteen rooli nisäkkään neurohypofyysin kahden rakenteellisesti samanlaisen ja evoluutionaalisesti läheisen peptidihormonin - oksitosiinin ja vasopressiinin - vertailevan analyysin esimerkillä (taulukko 1.3).

Taulukko 1.3. Oksitosiinin ja vasopressiinin rakenne ja toiminta

Tätä varten:

a) vertaa näiden kahden peptidin koostumusta ja aminohapposekvenssiä;

b) löytää näiden kahden peptidin primäärirakenteen samankaltaisuus ja niiden biologisen vaikutuksen samankaltaisuus;

c) löytää erot näiden kahden peptidin rakenteessa ja erot niiden toiminnassa;

d) tehdä johtopäätös peptidien primäärirakenteen vaikutuksesta niiden toimintoihin.

4. Kuvaa globulaaristen proteiinien konformaation muodostumisen päävaiheet (sekundaariset, tertiaariset rakenteet, supersekundaarisen rakenteen käsite). Määritä proteiinirakenteiden muodostumiseen osallistuvien sidostyypit. Mitkä aminohapporadikaalit voivat osallistua hydrofobisten vuorovaikutusten, ionisten, vetysidosten muodostumiseen.

Antaa esimerkkejä.

5. Määrittele käsite "proteiinien konformationaalinen labilisuus", osoita sen olemassaolon ja merkityksen syyt.

6. Selitä seuraavan lauseen merkitys: "Proteiinit toimivat niiden spesifisen vuorovaikutuksen perusteella ligandin kanssa", käyttämällä termejä ja selittäkää niiden merkitys: proteiinin konformaatio, aktiivinen kohta, ligandi, komplementaarisuus, proteiinin toiminta.

7. Selitä yhden esimerkin avulla, mitä domeenit ovat ja mikä niiden rooli proteiinien toiminnassa on.

ITSEHALLINTA TEHTÄVÄT

1. Aseta ottelu.

Funktionaalinen ryhmä aminohapporadikaalissa:

A. Karboksyyliryhmä B. Hydroksyyliryhmä C Guanidiiniryhmä D. Tioliryhmä E. Aminoryhmä

2. Valitse oikeat vastaukset.

Aminohapot, joissa on polaarisia varautumattomia radikaaleja, ovat:

A. Tsis B. Asn

B. Glu G. Kolme

3. Valitse oikeat vastaukset.

Aminohapporadikaalit:

A. Tarjoa primaarirakenteen spesifisyys B. Osallistu tertiaarisen rakenteen muodostukseen

B. Koska ne sijaitsevat proteiinin pinnalla, ne vaikuttavat sen liukoisuuteen D. Muodostavat aktiivisen keskuksen

D. Osallistu peptidisidosten muodostukseen

4. Valitse oikeat vastaukset.

Hydrofobisia vuorovaikutuksia voi muodostua aminohapporadikaalien välillä:

A. Tre Lay B. Pro Three

B. Met Ile G. Tir Ala D. Val Fen

5. Valitse oikeat vastaukset.

Ionisidoksia voi muodostua aminohapporadikaalien välille:

A. Gln Asp B. Apr Liz

B. Liz Glu G. Hanhet Asp D. Asn Apr

6. Valitse oikeat vastaukset.

Aminohapporadikaalien välille voi muodostua vetysidoksia:

A. Ser Gln B. Cis Tre

B. Asp Liz G. Glu Asp D. Asn Tre

7. Aseta ottelu.

Proteiinirakenteen muodostumiseen osallistuvan sidoksen tyyppi:

A. Ensisijainen rakenne B. Toissijainen rakenne

B. Tertiäärinen rakenne

D. Ylisekundaarinen rakenne E. Konformaatio.

1. Peptidirungon atomien väliset vetysidokset

2. Heikot sidokset aminohapporadikaalien funktionaalisten ryhmien välillä

3. Sidot aminohappojen α-amino- ja α-karboksyyliryhmien välillä

8. Valitse oikeat vastaukset. Trypsiini:

A. Proteolyyttinen entsyymi B. Sisältää kaksi domeenia

B. Hydrolysoi tärkkelystä

D. Aktiivinen keskus sijaitsee verkkotunnusten välissä. D. Koostuu kahdesta polypeptidiketjusta.

9. Valitse oikeat vastaukset. Atropiini:

A. Neurotransmitteri

B. Asetyylikoliinin rakenteellinen analogi

B. Vuorovaikuttaa H-kolinergisten reseptorien kanssa

G. Tehostaa hermoimpulssin johtumista kolinergisten synapsien läpi

D. M-kolinergisten reseptorien kilpaileva estäjä

10. Valitse oikeat väitteet. Proteiinissa:

V. Ensisijainen rakenne sisältää tietoa aktiivisen sivustonsa rakenteesta

B. Aktiivinen keskus muodostuu primäärirakenteen tasolle

B. Konformaatio on jäykästi kiinnitetty kovalenttisilla sidoksilla

D. Aktiivinen kohta voi olla vuorovaikutuksessa samanlaisten ligandien ryhmän kanssa

johtuen proteiinien konformaatiolabiteetista D. Muutos ympäristöön, voi vaikuttaa aktiivisen aineen affiniteettiin

keskustasta ligandiin

1. 1-C, 2-D, 3-B.

3. A, B, C, D.

7. 1-B, 2-D, 3-A.

8. A, B, C, D.

PERUSKÄSITTEET JA KÄSITTEET

1. Proteiini, polypeptidi, aminohapot

2. Primaariset, sekundaariset, tertiääriset proteiinirakenteet

3. Konformaatio, natiivi proteiinin konformaatio

4. Kovalenttiset ja heikot sidokset proteiinissa

5. Konformaatiolabiteetti

6. Proteiinin aktiivinen kohta

7. Ligandit

8. Proteiinin taittaminen

9. Ligandien rakenteelliset analogit

10. Domain-proteiinit

11. Yksinkertaiset ja monimutkaiset proteiinit

12. Proteiinien denaturointi, denaturointiaineet

13. Proteiinin uudistaminen

Ratkaista ongelmia

"Proteiinien rakenneorganisaatio ja niiden toiminnan perusta"

1. Proteiinin - hemoglobiini A (HbA) - päätehtävä on hapen kuljettaminen kudoksiin. tunnetaan ihmisväestössä monikkomuodot tästä proteiinista, jonka ominaisuudet ja toiminta ovat muuttuneet – niin sanotut epänormaalit hemoglobiinit. Esimerkiksi sirppisoluanemiaa (HbS) sairastavien potilaiden punasoluista löydetyn hemoglobiini S:n on havaittu olevan alhainen liukoisuus olosuhteissa, joissa hapen osapaine on alhainen (kuten tapahtuu laskimoveressä). Tämä johtaa tämän proteiinin aggregaattien muodostumiseen. Proteiini menettää toimintansa, saostuu ja punasolut kerääntyvät epäsäännöllinen muoto(jotkut niistä muodostavat sirpin muodon) ja tuhoutuvat tavallista nopeammin pernassa. Seurauksena kehittyy sirppisoluanemia.

Ainoa ero HvA:n primäärirakenteessa havaittiin hemoglobiinin β-ketjun N-pään alueella. Vertaa β-ketjun N-terminaalisia alueita ja näytä kuinka muutokset proteiinin primäärirakenteessa vaikuttavat sen ominaisuuksiin ja toimintoihin.

Tätä varten:

a) Kirjoita aminohappokaavat, joilla HvA eroaa, ja vertaa näiden aminohappojen ominaisuuksia (polariteetti, varaus).

b) tehdä johtopäätös liukoisuuden vähenemisen ja kudoksen hapen kuljetuksen häiriintymisen syystä.

2. Kuvassa on kaavio proteiinin rakenteesta, jossa on ligandia sitova keskus (aktiivinen keskus). Selitä, miksi proteiini on valikoiva ligandin valinnassa. Tätä varten:

a) muista mikä on proteiinin aktiivinen keskus ja harkitse kuvassa näkyvän proteiinin aktiivisen keskuksen rakennetta;

b) kirjoittaa aktiivisen keskuksen muodostavien aminohapporadikaalien kaavat;

c) piirtää ligandi, joka voisi spesifisesti olla vuorovaikutuksessa proteiinin aktiivisen kohdan kanssa. Merkitse siihen funktionaaliset ryhmät, jotka pystyvät muodostamaan sidoksia aminohapporadikaalien kanssa, jotka muodostavat aktiivisen keskuksen;

d) osoittavat sidostyypit, joita syntyy ligandin ja aktiivisen keskuksen aminohapporadikaalien välillä;

e) Selitä proteiinin ja ligandin vuorovaikutuksen spesifisyyden perusteet.

3. Kuvassa näkyy proteiinin aktiivinen kohta ja useita ligandeja.

Määritä, mikä ligandeista on todennäköisimmin vuorovaikutuksessa proteiinin aktiivisen kohdan kanssa ja miksi.

Millaisia ​​sidoksia syntyy proteiini-ligandikompleksin muodostumisen aikana?

4. Luonnollisten proteiiniligandien rakenteellisia analogeja voidaan käyttää lääkkeinä proteiinien aktiivisuuden muuttamiseksi.

Asetyylikoliini on hermo-lihassynapsien viritysvälityksen välittäjä. Kun asetyylikoliini on vuorovaikutuksessa proteiinien kanssa - luurankolihasten postsynaptisen kalvon reseptorit, ionikanavat avautuvat ja lihasten supistuminen tapahtuu. Dityliini on lääke, jota käytetään joissakin leikkauksissa lihasten rentouttamiseen, koska se häiritsee hermoimpulssien siirtymistä neuromuskulaaristen synapsien kautta. Selitä dityliinin vaikutusmekanismi lihasrelaksanttina. Tätä varten:

a) kirjoittaa asetyylikoliinin ja dityliinin kaavat ja vertailla niiden rakenteita;

b) kuvaile dityliinin rentouttavan vaikutuksen mekanismia.

5. Joissakin sairauksissa potilaan ruumiinlämpö nousee, mitä pidetään kehon suojaavana reaktiona. Korkeat lämpötilat ovat kuitenkin haitallisia kehon proteiineille. Selitä, miksi yli 40 °C:n lämpötiloissa proteiinien toiminta häiriintyy ja ihmishenkiä uhkaa. Muista tehdäksesi tämän:

1) Proteiinien rakenne ja sidokset, jotka pitävät sen rakenteen alkuperäisessä konformaatiossa;

2) Miten proteiinien rakenne ja toiminta muuttuvat lämpötilan noustessa?;

3) Mitä on homeostaasi ja miksi ihmisten terveyden ylläpitäminen on tärkeää.

Moduuliyksikkö 2 OLIGOMEERINEN PROTEIINIT SÄÄNTELYN VAIKUTUKSEN KOHTEENA. RAKENNE JA TOIMINNALLINEN MONIMENETEÄ PROTEIINEJA. PROTEIINIEN EROTUS- JA PUHDISTUSMENETELMÄT

Oppimistavoitteet Kykyä:

1. Käytä tietoa oligomeeristen proteiinien rakenteen ja toiminnan ominaisuuksista ymmärtääksesi niiden toimintojen säätelyn adaptiivisia mekanismeja.

2. Selitä kaperonien rooli solun proteiinikonformaation synteesissä ja ylläpitämisessä.

3. Selitä elämän ilmenemismuotojen monimuotoisuus elimistössä syntetisoitujen proteiinien rakenteiden ja toimintojen monimuotoisuudella.

4. Analysoi proteiinien rakenteen ja toiminnan välistä suhdetta vertaamalla toisiinsa liittyviä hemoproteiineja - myoglobiinia ja hemoglobiinia sekä immunoglobuliiniperheen viiden proteiiniluokan edustajia.

5. Hyödynnä tietoa proteiinien fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien piirteistä valitaksesi menetelmät niiden puhdistamiseksi muista proteiineista ja epäpuhtauksista.

6. Tulkitse veriplasman proteiinien kvantitatiivisen ja laadullisen koostumuksen tuloksia kliinisen diagnoosin vahvistamiseksi tai selkeyttämiseksi.

Tietää:

1. Oligomeeristen proteiinien rakenteen piirteet ja niiden toimintojen säätelyn adaptiiviset mekanismit hemoglobiinin esimerkissä.

2. Chaperonien rakenne ja toiminnot sekä niiden merkitys proteiinien natiivin konformaation ylläpitämisessä solussa.

3. Periaatteet proteiinien ryhmittelystä perheisiin niiden konformaation ja toimintojen samankaltaisuuden mukaan immunoglobuliinien esimerkissä.

4. Menetelmät proteiinien erottamiseksi niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien perusteella.

5. Veriplasman elektroforeesi menetelmänä proteiinien laadullisen ja kvantitatiivisen koostumuksen arvioimiseksi.

AIHE 1.4. OLIGOMEERISTEN PROTEIINIEN RAKENTEEN JA TOIMINNAN OMINAISUUDET ESIMERKKI HEMOGLOBIINISSA

1. Monet proteiinit sisältävät useita polypeptidiketjuja. Tällaisia ​​proteiineja kutsutaan oligomeerinen, ja yksittäisiä piirejä protomeerit. Oligomeeristen proteiinien protomeerit on yhdistetty monilla heikoilla ei-kovalenttisilla sidoksilla (hydrofobinen, ioninen, vety). Vuorovaikutus

protomeerit suoritetaan ansiosta täydentävyyttä niiden kosketuspinnat.

Oligomeeristen proteiinien protomeerien määrä voi vaihdella suuresti: hemoglobiini sisältää 4 protomeeriä, aspa- 12 protomeeriä ja tupakan mosaiikkiviruksen proteiini sisältää 2120 protomeeriä, jotka on yhdistetty ei-kovalenttisilla sidoksilla. Siksi oligomeeristen proteiinien molekyylipainot voivat olla erittäin korkeat.

Yhden protomeerin vuorovaikutusta muiden kanssa voidaan pitää erikoistapauksena proteiinin vuorovaikutuksesta ligandin kanssa, koska jokainen protomeeri toimii ligandina muille protomeereille. Proteiinissa olevien protomeerien lukumäärää ja yhdistämismenetelmää kutsutaan kvaternäärinen proteiinirakenne.

Proteiinit voivat sisältää protomeerejä, joilla on sama tai erilainen rakenne, esimerkiksi homodimeerit ovat proteiineja, jotka sisältävät kaksi identtistä protomeeriä, ja heterodimeerit ovat proteiineja, jotka sisältävät kaksi eri protomeeriä.

Jos proteiinit sisältävät erilaisia ​​protomeerejä, niihin voi muodostua sitoutumiskeskuksia erilaisilla ligandeilla, jotka ovat rakenteeltaan erilaisia. Kun ligandi sitoutuu aktiiviseen keskukseen, tämän proteiinin toiminta ilmenee. Eri protomeerissä sijaitsevaa keskustaa kutsutaan allosteeriseksi (muuksi kuin aktiiviseksi). Yhteydenotto allosteerinen ligandi tai efektori, se suorittaa säätelytoiminnon (kuva 1.18). Allosteerisen keskuksen vuorovaikutus efektorin kanssa aiheuttaa konformaatiomuutoksia koko oligomeerisen proteiinin rakenteessa sen konformationaalisuuden vuoksi. Tämä vaikuttaa aktiivisen kohdan affiniteettiin spesifiseen ligandiin ja säätelee kyseisen proteiinin toimintaa. Muutosta kaikkien protomeerien konformaatiossa ja toiminnassa oligomeerisen proteiinin vuorovaikutuksessa vähintään yhden ligandin kanssa kutsutaan yhteistoiminnalliseksi konformaatiomuutokseksi. Proteiinin toimintaa tehostavia efektejä kutsutaan aktivaattorit ja efektorit, jotka heikentävät sen toimintaa - estäjät.

Siten oligomeerisissä proteiineissa sekä proteiineissa, joilla on domeenirakenne, ilmenee uusi ominaisuus verrattuna monomeerisiin proteiineihin - kyky allosteeriseen toimintojen säätelyyn (säätely liittämällä proteiiniin erilaisia ​​ligandeja). Tämä voidaan nähdä vertaamalla kahden läheisesti sukua olevan monimutkaisen proteiinin, myoglobiinin ja hemoglobiinin, rakenteita ja toimintoja.

Riisi. 1.18. Kaavio dimeerisen proteiinin rakenteesta

2. Avaruusrakenteiden muodostuminen ja myoglobiinin toiminta.

Myoglobiini (Mb) on punaisissa lihaksissa esiintyvä proteiini, jonka päätehtävänä on luoda intensiiviseen lihastyöhön tarvittavia O 2 -varastoja. MB on monimutkainen proteiini, joka sisältää proteiiniosan - apoMB:n ja ei-proteiiniosan - hemin. ApoMB:n primäärirakenne määrää sen kompaktin pallomaisen konformaation ja aktiivisen keskuksen rakenteen, johon myoglobiinin ei-proteiiniosa, hemi, on kiinnittynyt. Verestä lihaksiin tuleva happi sitoutuu myoglobiinin koostumuksessa olevaan Fe + 2 -hemiin. MB on monomeerinen proteiini, jolla on erittäin korkea affiniteetti O 2:een, joten myoglobiini vapauttaa happea vain intensiivisen lihastyön aikana, kun O 2:n osapaine laskee jyrkästi.

Konformaation MB muodostuminen. Punaisissa lihaksissa, ribosomeissa translaation aikana, tapahtuu MB:n primäärirakenteen synteesi, jota edustaa spesifinen 153 aminohappotähteen sekvenssi. Mv:n toissijainen rakenne sisältää kahdeksan α-heliksiä, joita kutsutaan latinalaisiksi kirjaimilla A:sta H:hen, joiden välissä on spiraalittomia osia. Mv:n tertiäärinen rakenne on muodoltaan kompakti pallo, jonka syvennyksessä F- ja E α-heliksien välissä on aktiivinen keskus (kuva 1.19).

Riisi. 1.19. Myoglobiinin rakenne

3. MV-aktiivisen keskuksen rakenteen ja toiminnan ominaisuudet. Mv:n aktiivinen keskus muodostuu pääasiassa hydrofobisista aminohapporadikaaleista, jotka ovat kaukana toisistaan ​​primäärirakenteessa (esim. 3 9 ja Phen 138) Veteen huonosti liukenevat ligandit, hemi ja 02, ovat kiinnittyneet aktiiviseen keskustaan. Hemi on spesifinen apoMv-ligandi (kuva 1.20), joka perustuu neljään pyrrolirenkaaseen, jotka on yhdistetty metenyylisilloilla; keskellä on Fe+ 2 -atomi, joka on yhdistetty pyrrolirenkaiden typpiatomeihin neljällä koordinaatiosidoksella. Aminohappojen hydrofobisten radikaalien lisäksi Mv:n aktiivinen keskus sisältää myös kahden aminohapon tähteitä, joissa on hydrofiilisiä radikaaleja - Gis E 7(Gis 64) ja Gis F8(Hänen 93) (Kuva 1.21).

Riisi. 1.20. Hemin rakenne - myoglobiinin ja hemoglobiinin ei-proteiiniosa

Riisi. 1.21. Hemin ja O 2:n sijainti apomyoglobiinin ja hemoglobiinin protomeerien aktiivisessa kohdassa

Hemi on kovalenttisesti sitoutunut His F 8:aan rautaatomin kautta. O 2 kiinnittyy rautaan hemitason toisella puolella. Hänen E 7 on välttämätön O 2:n oikealle suuntaukselle ja helpottaa hapen lisäämistä Fe + 2 -heemiin

Gis F8 muodostaa koordinaatiosidoksen Fe+ 2:n kanssa ja kiinnittää hemin tiukasti aktiiviseen kohtaan. Gis E 7 on tarpeen oikean suuntautumisen kannalta toisen ligandin - O 2:n aktiivisessa keskustassa sen vuorovaikutuksessa Fe + 2 -hemin kanssa. Hemimikroympäristö luo olosuhteet O 2:n vahvalle mutta palautuvalle sitoutumiselle Fe + 2:n kanssa ja estää vettä pääsemästä hydrofobiseen aktiiviseen keskukseen, mikä voi johtaa sen hapettumiseen Fe + 3 :ksi.

MB:n monomeerinen rakenne ja sen aktiivinen keskus määrää proteiinin korkean affiniteetin 02:lle.

4. Hb:n oligomeerinen rakenne ja Hb-affiniteetin säätely 02:lle ligandeilla. Ihmisen hemoglobiinit- proteiiniperhe sekä monimutkaisiin proteiineihin (hemoproteiineihin) liittyvä myoglobiini. Niillä on tetrameerinen rakenne ja ne sisältävät kaksi a-ketjua, mutta eroavat kahden muun polypeptidiketjun (2a-, 2x-ketjut) rakenteesta. Toisen polypeptidiketjun rakenne määrittää näiden Hb-muotojen toiminnan piirteet. Noin 98 % aikuisen punasolujen hemoglobiinista on hemoglobiini A(2a-, 2p-ketjut).

Sikiön kehityksen aikana hemoglobiineja on kahta päätyyppiä: alkion HB(2α, 2ε), joka löytyy sikiön kehityksen alkuvaiheista, ja hemoglobiini F (sikiö)- (2α, 2γ), joka korvaa varhaisen sikiön hemoglobiinin kuudennen sikiön kehityskuukauden aikana ja korvataan Hb A:lla vasta syntymän jälkeen.

Hv A on myoglobiiniin (Mv) liittyvä proteiini, jota löytyy aikuisten punasoluista. Sen yksittäisten protomeerien rakenne on samanlainen kuin myoglobiinin. Myoglobiinin ja hemoglobiinin protomeerien toissijaiset ja tertiaariset rakenteet ovat hyvin samankaltaisia ​​huolimatta siitä, että vain 24 aminohappotähdettä ovat identtisiä niiden polypeptidiketjujen primäärirakenteessa (hemoglobiinin protomeerien sekundaarirakenne, kuten myoglobiini, sisältää kahdeksan α-heliksiä, merkitty latinalaisilla kirjaimilla A:sta H:hen, ja tertiäärinen rakenne on tiiviin globulin muotoinen). Mutta toisin kuin myoglobiinilla, hemoglobiinilla on oligomeerinen rakenne, se koostuu neljästä polypeptidiketjusta, jotka on yhdistetty ei-kovalenttisilla sidoksilla (kuva 1.22).

Jokainen Hb-protomeeri liittyy ei-proteiiniosaan - hemiin ja viereisiin protomeereihin. Hb:n proteiiniosan yhteys hemiin on samanlainen kuin myoglobiinin: proteiinin aktiivisessa keskustassa hemin hydrofobisia osia ympäröivät hydrofobiset aminohapporadikaalit, paitsi His F 8 ja His E 7 , jotka sijaitsevat molemmilla puolilla hemitasoa ja joilla on samanlainen rooli proteiinin toiminnassa ja sen sitoutumisessa happeen (katso myoglobiinin rakenne).

Riisi. 1.22. Hemoglobiinin oligomeerinen rakenne

Sitä paitsi, Gis E 7 suorittaa tärkeän lisärooli NV:n toiminnassa. Vapaalla heemillä on 25 000 kertaa suurempi affiniteetti CO:lle kuin O 2:lle. CO:ta muodostuu elimistössä pieniä määriä, ja sen korkean affiniteetin hemiin vuoksi se voi häiritä solujen elämälle välttämättömän O 2:n kuljetusta. Kuitenkin hemoglobiinin koostumuksessa hemin affiniteetti hiilimonoksidiin ylittää affiniteetin O 2:lle vain 200 kertaa johtuen E7:n läsnäolosta His:n aktiivisessa keskustassa. Tämän aminohapon jäännös luo optimaaliset olosuhteet hemin sitoutumiselle O2:een ja heikentää hemin vuorovaikutusta CO:n kanssa.

5. Hb:n päätehtävä on O 2:n kuljettaminen keuhkoista kudoksiin. Toisin kuin monomeerinen myoglobiini, jolla on erittäin korkea affiniteetti 02:een ja joka varastoi happea punaisiin lihaksiin, hemoglobiinin oligomeerinen rakenne tarjoaa:

1) Hb:n nopea kyllästyminen hapella keuhkoissa;

2) Hb:n kyky vapauttaa happea kudoksissa suhteellisen korkeassa 02:n osapaineessa (20-40 mm Hg);

3) mahdollisuus säädellä Hb:n affiniteettia 02:een.

6. Yhteistoiminnalliset muutokset hemoglobiinin protomeerien konformaatiossa nopeuttavat O 2:n sitoutumista keuhkoissa ja sen palautumista kudoksiin. Keuhkoissa korkea 02:n osapaine edistää sen sitoutumista Hb:hen neljän protomeerin (2α ja 2β) aktiivisessa kohdassa. Kunkin protomeerin aktiivinen keskus, kuten myoglobiinissa, sijaitsee kahden α-kierteen (F ja E) välissä hydrofobisessa taskussa. Se sisältää ei-proteiiniosan - hemin, joka on kiinnittynyt proteiiniosaan monilla heikkoilla hydrofobisilla vuorovaikutuksilla ja yhden vahvan sidoksen Fe 2 + -hemin ja His F 8:n välillä (katso kuva 1.21).

Deoksihemoglobiinissa, johtuen tästä yhteydestä His F 8:aan, Fe 2+ -atomi työntyy esiin hemitasosta kohti histidiiniä. O 2:n sitoutuminen Fe 2+:aan tapahtuu hemin toisella puolella His E 7 -alueella yhden vapaan koordinaatiosidoksen avulla. His E 7 tarjoaa optimaaliset olosuhteet O 2:n sitoutumiselle hemiraudan kanssa.

O 2:n lisäys yhden protomeerin Fe +2 -atomiin saa sen siirtymään hemitasoon ja sen taakse siihen liittyvän histidiinitähteen

Riisi. 1.23. Muutos hemoglobiinin protomeerin konformaatiossa yhdistettynä O 2:een

Tämä johtaa muutokseen kaikkien polypeptidiketjujen konformaatiossa niiden konformationaalisuuden vuoksi. Muiden ketjujen konformaation muuttaminen helpottaa niiden vuorovaikutusta seuraavien O 2 -molekyylien kanssa.

Neljäs O 2 -molekyyli kiinnittyy hemoglobiiniin 300 kertaa helpommin kuin ensimmäinen (kuva 1.24).

Riisi. 1.24. Yhteistoiminnalliset muutokset hemoglobiinin protomeerien konformaatiossa sen vuorovaikutuksessa O 2:n kanssa

Kudoksissa jokainen myöhempi O 2 -molekyyli lohkeutuu helpommin kuin edellinen, myös protomeerikonformaation yhteistoiminnallisten muutosten vuoksi.

7. CO 2 ja H + muodostuvat katabolian aikana eloperäinen aine, vähentävät hemoglobiinin affiniteettia O 2:een suhteessa niiden pitoisuuteen. Solujen toimintaan tarvittava energia tuotetaan pääasiassa mitokondrioissa orgaanisten aineiden hapettumisen aikana hemoglobiinin keuhkoista kuljettaman O 2:n avulla. Orgaanisten aineiden hapettumisen seurauksena lopputuotteita niiden hajoaminen: CO 2 ja K 2 O, joiden määrä on verrannollinen käynnissä olevien hapetusprosessien intensiteettiin.

CO 2 diffundoituu soluista vereen ja tunkeutuu punasoluihin, missä se muuttuu karbanhydraasientsyymin vaikutuksesta hiilihappo. Tämä heikko happo hajoaa protoniksi ja bikarbonaatti-ioniksi.

H+ voivat liittyä GIS-radikaaleihin 14 6 hemoglobiinin a- ja p-ketjuissa, so. alueilla, jotka ovat kaukana hemistä. Hemoglobiinin protonoituminen vähentää sen affiniteettia O 2:een, edistää O 2:n poistumista oksiHb:stä, deoksiHb:n muodostumista ja lisää kudosten hapen saantia suhteessa muodostuneiden protonien määrään (kuva 1.25).

Vapautuneen hapen määrän lisääntymistä punasolujen H + -pitoisuuden kasvusta riippuen kutsutaan Bohrin efektiksi (tanskalaisen fysiologin Christian Bohrin mukaan, joka löysi tämän vaikutuksen ensimmäisenä).

Hapen korkea osapaine keuhkoissa edistää sen sitoutumista deoksiHb:hen, mikä vähentää proteiinin affiniteettia H+:aan. Karbanhydraasin vaikutuksesta vapautuneet protonit vuorovaikuttavat bikarbonaattien kanssa muodostaen CO 2:ta ja H 2 O:ta

Riisi. 1.25. Hb:n 02-affiniteetin riippuvuus CO 2:n ja protonien pitoisuudesta (Bohr-ilmiö):

A- CO2- ja H+-pitoisuuden vaikutus 02:n vapautumiseen Hb-kompleksista (Bohr-ilmiö); B- deoksihemoglobiinin hapetus keuhkoissa, hiilidioksidin muodostuminen ja vapautuminen.

Tuloksena oleva CO 2 tulee keuhkorakkuloihin ja poistuu uloshengitetyn ilman mukana. Siten hemoglobiinin vapauttaman hapen määrää kudoksissa säätelevät orgaanisten aineiden hajoamistuotteet: mitä voimakkaammin aineet hajoavat esimerkiksi fyysisen rasituksen aikana, sitä korkeampi on CO 2 - ja H + -pitoisuus ja sitä enemmän kudokset saavat happea, koska H:n affiniteetti O 2:een vähenee.

8. Hb-affiniteetin allosteerinen säätely 02:lle ligandilla - 2,3-bisfosfoglyseraatilla. Punasoluissa hemoglobiinin allosteerinen ligandi, 2,3-bisfosfoglyseraatti (2,3-BPG), syntetisoidaan glukoosin hapettumistuotteesta - 1,3-bisfosfoglyseraatista. Normaaleissa olosuhteissa 2,3-BPG:n pitoisuus on korkea ja verrattavissa Hb:n pitoisuuteen. 2,3-BPG:llä on vahva negatiivinen varaus -5.

Kudoskapillaareissa oleva bisfosfoglyseraatti sitoutumalla deoksihemoglobiiniin lisää hapen tuotantoa kudoksissa vähentäen Hb:n affiniteettia O 2:een.

Tetrameerisen hemoglobiinimolekyylin keskellä on ontelo. Se muodostuu kaikkien neljän protomeerin aminohappotähteistä (katso kuva 1.22). Kudoskapillaareissa Hb:n protonoituminen (Bohr-ilmiö) katkaisee sidoksen hemiraudan ja O 2:n välillä. Molekyylissä

deoksihemoglobiini, verrattuna oksihemoglobiiniin, ilmaantuu ylimääräisiä ionisidoksia, jotka yhdistävät protomeerit, minkä seurauksena keskusontelon koko kasvaa verrattuna oksihemoglobiiniin. Keskusontelo on paikka, jossa 2,3-BPG kiinnittyy hemoglobiiniin. Keskusontelon koon eroista johtuen 2,3-BPG voi kiinnittyä vain deoksihemoglobiiniin.

2,3-BPG on vuorovaikutuksessa hemoglobiinin kanssa alueella, joka on kaukana proteiinin aktiivisista kohdista ja kuuluu allosteerinen(säätely) ligandit, ja keskusontelo Hb on allosteerinen keskus. 2,3-BPG:llä on voimakas negatiivinen varaus ja se on vuorovaikutuksessa kahden Hb-β-ketjun viiden positiivisesti varautuneen ryhmän kanssa: N-terminaalinen α-aminoryhmä Val ja Lys 82 Gis 143 -radikaalit (kuva 1.26).

Riisi. 1.26. BPG deoksihemoglobiinin keskusontelossa

BPG sitoutuu kolmeen positiivisesti varautuneeseen ryhmään kussakin β-juosteessa.

Kudoskapillaareissa tuloksena oleva deoksihemoglobiini on vuorovaikutuksessa 2,3-BPG:n kanssa, ja p-ketjujen positiivisesti varautuneiden radikaalien ja negatiivisesti varautuneen ligandin välille muodostuu ionisidoksia, jotka muuttavat proteiinin konformaatiota ja vähentävät Hb:n affiniteettia O 2:lle. Hb:n affiniteetin heikkeneminen 02:lle edistää O 2:n tehokkaampaa vapautumista kudokseen.

Keuhkoissa korkeassa osapaineessa happi vuorovaikuttaa Hb:n kanssa liittyen hemiraudaan; tässä tapauksessa proteiinin konformaatio muuttuu, keskusontelo pienenee ja 2,3-BPG siirtyy allosteerisesta keskustasta

Siten oligomeerisillä proteiineilla on uusia ominaisuuksia verrattuna monomeerisiin proteiineihin. ligandien kiinnittäminen paikkoihin,

avaruudellisesti etäällä toisistaan ​​(allosteerinen), jotka voivat aiheuttaa konformaatiomuutoksia koko proteiinimolekyylissä. Vuorovaikutuksesta säätelevien ligandien kanssa proteiinimolekyylin konformaatio muuttuu ja toiminta mukautuu ympäristön muutoksiin.

AIHE 1.5. PROTEIINIEN ALKUMUUN SÄILYTTÄMINEN SOLU-OLLOISSA

Soluissa polypeptidiketjujen synteesin aikana niiden kuljettaminen kalvojen läpi solun vastaaviin osiin, laskostumisprosessissa (natiivin konformaation muodostuminen) ja oligomeeristen proteiinien kokoamisen aikana sekä niiden toiminnan aikana, välituote , aggregaatioalttiita, epästabiileja konformaatioita syntyy proteiinirakenteessa. Hydrofobiset radikaalit, jotka ovat tavallisesti piilossa proteiinimolekyylin sisällä luonnollisessa konformaatiossaan, ilmestyvät pinnalle epävakaassa konformaatiossa ja pyrkivät yhdistymään muiden proteiinien ryhmiin, jotka ovat samoin huonosti veteen liukenevia. Kaikkien tunnettujen organismien soluista on löydetty erityisiä proteiineja, jotka mahdollistavat soluproteiinien optimaalisen laskostumisen, stabiloivat niiden natiivia konformaatiota toiminnan aikana ja mikä tärkeintä, ylläpitävät solunsisäisten proteiinien rakennetta ja toimintoja homeostaasihäiriön sattuessa. Näitä proteiineja kutsutaan "seuraajat" joka tarkoittaa ranskaksi lastenhoitajaa.

1. Molekyylikaperonit ja niiden rooli proteiinien denaturoitumisen estämisessä.

Chaperonit (III) luokitellaan alayksiköiden massan mukaan. Suuren molekyylipainon omaavien chaperonien massa on 60-110 kD. Niistä kolmea luokkaa on tutkittu eniten: Sh-60, Sh-70 ja Sh-90. Jokainen luokka sisältää sukulaisia ​​proteiineja. Siten Sh-70 sisältää proteiineja, joiden molekyylipaino on 66 - 78 kD. Pienen molekyylipainon omaavien chaperonien molekyylipaino on 40-15 kD.

Ohjaajien joukossa on konstitutiivinen proteiineja, joiden korkea perussynteesi ei riipu kehon soluihin kohdistuvista stressaavista vaikutuksista, ja indusoituva, jonka synteesi normaaleissa olosuhteissa on heikkoa, mutta lisääntyy jyrkästi stressaavissa vaikutuksissa. Indusoituvia chaperoneja kutsutaan myös "lämpösokkiproteiineiksi", koska ne löydettiin ensimmäisen kerran korkeille lämpötiloille altistetuista soluista. Soluissa proteiinien suuren pitoisuuden vuoksi osittain denaturoituneiden proteiinien spontaani regeneraatio on vaikeaa. Sh-70 voi estää alkanutta denaturaatioprosessia ja auttaa palauttamaan proteiinien alkuperäisen konformaation. Molekyyliset chaperonit-70- erittäin konservoitunut proteiiniluokka, jota löytyy solun kaikista osista: sytoplasmasta, tumasta, endoplasmisesta retikulumista, mitokondrioista. Sh-70:n ainoan polypeptidiketjun karboksyylipäässä on alue, joka on ura, joka voi olla vuorovaikutuksessa pitkien peptidien kanssa.

7 - 9 aminohappotähdettä, jotka on rikastettu hydrofobisilla radikaaleilla. Tällaisia ​​kohtia pallomaisissa proteiineissa esiintyy suunnilleen joka 16. aminohappo. Sh-70 pystyvät suojaamaan proteiineja lämpöinaktivaatiolta ja palauttamaan osittain denaturoituneiden proteiinien konformaation ja aktiivisuuden.

2. Chaperonien rooli proteiinin laskostuksessa. Proteiinien synteesin aikana ribosomissa polypeptidin N-terminaalinen alue syntetisoidaan ennen C-terminaalista aluetta. Proteiinin täydellinen aminohapposekvenssi tarvitaan luonnollisen konformaation muodostamiseen. Proteiinisynteesiprosessissa chaperones-70 pystyvät aktiivisen keskuksensa rakenteesta johtuen peittämään aggregaatiolle alttiita polypeptidikohtia, jotka ovat rikastuneet hydrofobisilla aminohapporadikaaleilla, kunnes synteesi on valmis (Kuva 1.27, A).

Riisi. 1.27. Chaperonien osallistuminen proteiinien laskostumiseen

A - chaperons-70:n osallistuminen hydrofobisten vuorovaikutusten ehkäisyyn syntetisoidun polypeptidin paikkojen välillä; B - natiiviproteiinin konformaation muodostuminen chaperonikompleksissa

Monet suuren molekyylipainon proteiinit, joilla on monimutkainen konformaatio, kuten domeenirakenne, laskostuvat W-60:n muodostamaan erityiseen tilaan. Sh-60 toimivat oligomeerisena kompleksina, joka koostuu 14 alayksiköstä. Ne muodostavat kaksi onttoa rengasta, joista jokainen koostuu seitsemästä alayksiköstä, nämä renkaat ovat yhteydessä toisiinsa. Jokainen III-60:n alayksikkö koostuu kolmesta domeenista: apikaalinen (apikaalinen), rikastettu renkaan onteloa päin olevilla hydrofobisilla radikaaleilla, väli- ja ekvatoriaalinen (kuva 1.28).

Riisi. 1.28. 14 Sh-60:stä koostuvan chaperoniinikompleksin rakenne

A - sivukuva; B - ylhäältä katsottuna

Syntetisoidut proteiinit, joissa on laskostumattomille molekyyleille ominaisia ​​pintaelementtejä, erityisesti hydrofobisia radikaaleja, tulevat chaperonirenkaiden onteloon. Näiden onteloiden erityisessä ympäristössä mahdollisten konformaatioiden luettelointi tapahtuu, kunnes löydetään ainoa, energeettisesti edullisin (kuva 1.27, B). Konformaatioiden muodostumiseen ja proteiinin vapautumiseen liittyy ATP-hydrolyysi ekvatoriaalisella alueella. Tyypillisesti tällainen chaperone-riippuvainen taittaminen vaatii huomattavan määrän energiaa.

Sen lisäksi, että chaperone osallistuu proteiinien kolmiulotteisen rakenteen muodostukseen ja osittain denaturoituneiden proteiinien renativoimiseen, niitä tarvitaan myös sellaisiin perusprosesseihin kuin oligomeeristen proteiinien kokoamiseen, denaturoituneiden proteiinien tunnistamiseen ja kuljettamiseen lysosomeihin, proteiinien kuljettamiseen. kalvojen kautta ja osallistuminen proteiinikompleksien toiminnan säätelyyn.

AIHE 1.6. ERILAISIA PROTEIINEJA. PROTEIINIPERHEET ESIMERKKIIN IMMUNOGLOBULIINEISTA

1. Proteiineilla on ratkaiseva rooli yksittäisten solujen ja koko monisoluisen organismin elämässä, ja niiden toiminnot ovat yllättävän monipuoliset. Tämän määräävät proteiinien primäärirakenteen ja konformaatioiden erityispiirteet, aktiivisen keskuksen ainutlaatuinen rakenne ja kyky sitoa spesifisiä ligandeja.

Vain hyvin pieni osa kaikista mahdollisista peptidiketjujen muunnelmista voi omaksua vakaan tilarakenteen; suurin osa

niistä voi olla monia konformaatioita suunnilleen samalla Gibbsin energialla, mutta eri ominaisuuksilla. Tunnetuimpien proteiinien primäärirakenne valittuna biologinen evoluutio, tarjoaa yhdelle konformaatiosta poikkeuksellisen stabiilisuuden, mikä määrittää tämän proteiinin toiminnan piirteet.

2. Proteiiniperheet. Saman biologisen lajin sisällä aminohappotähteiden substituutiot voivat johtaa erilaisten proteiinien syntymiseen, jotka suorittavat toisiinsa liittyviä tehtäviä ja joilla on homologiset aminohapposekvenssit. Tällaisilla sukulaisproteiineilla on hämmästyttävän samankaltaiset konformaatiot: a-heliksien ja/tai p-rakenteiden lukumäärä ja järjestys ja useimmat polypeptidiketjujen käännökset ja laskokset ovat samanlaisia ​​tai identtisiä. Proteiinit, joilla on homologisia polypeptidiketjun alueita, samanlainen konformaatio ja vastaavat toiminnot, eristetään proteiiniperheiksi. Esimerkkejä proteiiniperheistä: seriiniproteinaasit, immunoglobuliiniperhe, myoglobiiniperhe.

Seriiniproteinaasit- proteiiniperhe, joka suorittaa proteolyyttisten entsyymien tehtävää. Näitä ovat ruoansulatusentsyymit - kymotrypsiini, trypsiini, elastaasi ja monet veren hyytymistekijät. Näissä proteiineissa on 40 % identtisiä aminohappoja ja hyvin samanlainen konformaatio (kuva 1.29).

Riisi. 1.29. Elastaasin (A) ja kymotrypsiinin (B) spatiaaliset rakenteet

Jotkut aminohapposubstituutiot ovat johtaneet muutokseen näiden proteiinien substraattispesifisyydessä ja toiminnallisen monimuotoisuuden syntymiseen perheen sisällä.

3. Immunoglobuliinien perhe. Immuunijärjestelmän työssä valtava rooli pelata proteiineja immunoglobuliinien superperheestä, johon kuuluu kolme proteiiniperhettä:

Vasta-aineet (immunoglobuliinit);

T-lymfosyyttireseptorit;

Tärkeimmän proteiinit - MHC 1. ja 2. luokka (Major Histocompatibility Complex).

Kaikilla näillä proteiineilla on domeenirakenne, ne koostuvat homologisista immuunityyppisistä domeeneista ja suorittavat samanlaisia ​​tehtäviä: ne ovat vuorovaikutuksessa vieraiden rakenteiden kanssa, joko liuenneena vereen, imusolmukkeisiin tai solujen väliseen nesteeseen (vasta-aineet) tai solujen pinnalla (omissa tai ulkomaalainen).

4. Vasta-aineet- B-lymfosyyttien tuottamat spesifiset proteiinit vasteena vieraan rakenteen nielemiseen antigeeni.

Vasta-aineiden rakenteen ominaisuudet

Yksinkertaisimmat vasta-ainemolekyylit koostuvat neljästä polypeptidiketjusta: kahdesta identtisestä kevyestä ketjusta - L, joka sisältää noin 220 aminohappoa, ja kahdesta identtisestä raskaasta ketjusta - H, joka koostuu 440-700 aminohaposta. Kaikki neljä vasta-ainemolekyylin ketjua on yhdistetty useilla ei-kovalenttisilla sidoksilla ja neljällä disulfidisidoksella (kuva 1.30).

Vasta-aineiden kevytketjut koostuvat kahdesta domeenista: variaabeli (VL), joka sijaitsee polypeptidiketjun N-terminaalisella alueella, ja vakio (CL), joka sijaitsee C-päässä. Raskaissa ketjuissa on tyypillisesti neljä domeenia: yksi muuttuja (VH) N-päässä ja kolme vakiota (CH1, CH2, CH3) (katso kuva 1.30). Jokaisella immunoglobuliinidomeenilla on β-laskostettu ylärakenne, jossa kaksi kysteiinitähdettä on liitetty toisiinsa disulfidisidoksella.

Kahden vakiodomeenin CH1 ja CH2 välissä on alue, joka sisältää suuren määrän proliinitähteitä, jotka estävät sekundaarirakenteen muodostumisen ja viereisten H-ketjujen vuorovaikutuksen tässä segmentissä. Tämä sarana-alue antaa vasta-ainemolekyylille joustavuuden. Raskaan ja kevyen ketjun vaihtelevien domeenien välissä on kaksi identtistä antigeeniä sitovaa kohtaa (aktiivisia kohtia antigeenien sitomiselle), joten tällaisia ​​vasta-aineita kutsutaan usein ns. bivalentteja. Antigeenin sitoutuminen vasta-aineeseen ei koske molempien ketjujen vaihtelevien alueiden koko aminohapposekvenssiä, vaan vain 20-30 aminohappoa, jotka sijaitsevat kunkin ketjun hypervariaabelialueilla. Juuri nämä alueet määrittävät kunkin vasta-ainetyypin ainutlaatuisen kyvyn olla vuorovaikutuksessa vastaavan komplementaarisen antigeenin kanssa.

Vasta-aineet ovat yksi kehon puolustuslinjoista tunkeutuvia vieraita organismeja vastaan. Niiden toiminta voidaan jakaa kahteen vaiheeseen: ensimmäinen vaihe on antigeenin tunnistaminen ja sitoutuminen vieraiden organismien pinnalle, mikä on mahdollista, koska vasta-ainerakenteessa on antigeeniä sitovia kohtia; toinen vaihe on antigeenin inaktivaatio- ja tuhoutumisprosessin käynnistäminen. Toisen vaiheen spesifisyys riippuu vasta-aineluokasta. Raskasketjuja on viisi luokkaa, jotka eroavat toisistaan ​​vakiodomeenien rakenteessa: α, δ, ε, γ ja μ, joiden mukaan erotetaan viisi immunoglobuliiniluokkaa: A, D, E, G ja M.

Raskaiden ketjujen rakenteelliset ominaisuudet antavat raskaiden ketjujen sarana-alueille ja C-terminaalisille alueille kullekin luokalle ominaisen konformaation. Kun antigeeni sitoutuu vasta-aineeseen, konformaatiomuutokset vakiodomeeneissa määrittävät polun antigeenin poistamiseen.

Riisi. 1. 30. IgG:n domeenirakenne

Immunoglobuliinit M

Immunoglobuliineilla M on kaksi muotoa.

Monomeerinen muoto- kehittyvän B-lymfosyytin tuottamien vasta-aineiden 1. luokka. Myöhemmin monet B-solut siirtyvät tuottamaan muita vasta-aineluokkia, mutta joilla on sama antigeenia sitova kohta. IgM liitetään kalvoon ja toimii antigeenin tunnistavana reseptorina. IgM:n sisällyttäminen solukalvoon on mahdollista, koska alueen häntäosassa on 25 hydrofobista aminohappotähdettä.

IgM:n eritysmuoto sisältää viisi monomeerista alayksikköä, jotka on kytketty toisiinsa disulfidisidoksilla, ja lisäksi polypeptidin J-ketjun (kuva 1.31). Tämän muodon raskasketjuiset monomeerit eivät sisällä hydrofobista häntää. Pentameerissä on 10 antigeeniä sitovaa kohtaa, ja siksi se tunnistaa ja poistaa tehokkaasti antigeenin, joka on päässyt kehoon ensimmäistä kertaa. IgM:n eritysmuoto on pääasiallinen vasta-aineiden luokka, joka erittyy vereen primaarisen immuunivasteen aikana. IgM:n sitoutuminen antigeeniin muuttaa IgM:n konformaatiota ja indusoi sen sitoutumisen komplementtijärjestelmän ensimmäiseen proteiinikomponenttiin (komplementtijärjestelmä on joukko proteiineja, jotka osallistuvat antigeenin tuhoamiseen) ja tämän järjestelmän aktivoitumisen. Jos antigeeni sijaitsee mikro-organismin pinnalla, komplementtijärjestelmä aiheuttaa eheyden rikkomisen solukalvo ja bakteerisolun kuolema.

Immunoglobuliinit G

Määrällisesti tämä immunoglobuliiniluokka on vallitseva veressä (75 % kaikesta Ig:stä). IgG - monomeerit, pääluokka vasta-aineita, jotka erittyvät vereen sekundaarisen immuunivasteen aikana. IgG:n vuorovaikutuksen jälkeen mikro-organismien pinta-antigeenien kanssa antigeeni-vasta-ainekompleksi pystyy sitomaan ja aktivoimaan komplementtijärjestelmän proteiineja tai voi olla vuorovaikutuksessa makrofagien ja neutrofiilien spesifisten reseptorien kanssa. vuorovaikutus fagosyyttien kanssa

Riisi. 1.31. IgM:n erittävän muodon rakenne

antigeeni-vasta-ainekompleksien imeytymiseen ja niiden tuhoutumiseen solujen fagosomeissa. IgG on ainoa vasta-aineluokka, joka voi läpäistä istukan esteen ja suojata sikiötä infektioilta kohdussa.

Immunoglobuliinit A

Eritteissä (maito, sylki, hengitysteiden ja suoliston eritteet) esiintyvien vasta-aineiden pääluokka. IgA erittyy pääosin dimeerisessä muodossa, jossa monomeerit ovat liittyneet toisiinsa ylimääräisen J-ketjun kautta (kuva 1.32).

IgA ei ole vuorovaikutuksessa komplementtijärjestelmän ja fagosyyttisolujen kanssa, mutta sitoutumalla mikro-organismeihin vasta-aineet estävät niitä kiinnittymästä epiteelisoluihin ja tunkeutumasta kehoon.

Immunoglobuliinit E

Immunoglobuliineja E edustavat monomeerit, joissa raskaat e-ketjut sisältävät, samoin kuin immunoglobuliinien M μ-ketjut, yhden vaihtelevan ja neljä vakiodomeenia. Erityksen jälkeen IgE sitoutuu omaan

Riisi. 1.32. IgA:n rakenne

C-terminaaliset alueet, joissa on vastaavat reseptorit syöttösolujen ja basofiilien pinnalla. Tämän seurauksena niistä tulee näiden solujen pinnalla olevien antigeenien reseptoreita (kuva 1.33).

Riisi. 1.33. IgE:n vuorovaikutus antigeenin kanssa syöttösolun pinnalla

Kun antigeeni on kiinnittynyt vastaaviin antigeeniä sitoviin IgE-kohtiin, solut saavat signaalin erittää biologisesti aktiivisia aineita (histamiinia, serotoniinia), jotka ovat suurelta osin vastuussa tulehdusreaktion kehittymisestä ja allergisten reaktioiden ilmenemisestä, esim. astma, urtikaria, heinänuha.

Immunoglobuliinit D

Immunoglobuliineja D löytyy seerumista hyvin pieniä määriä, ne ovat monomeerejä. Raskaissa δ-ketjuissa on yksi muuttuva ja kolme vakiodomeenia. IgD toimivat B-lymfosyyttien reseptoreina, muita toimintoja ei vielä tunneta. Spesifisten antigeenien vuorovaikutus B-lymfosyyttien (IgD) pinnalla olevien reseptoreiden kanssa johtaa näiden signaalien välittämiseen soluun ja sellaisten mekanismien aktivoitumiseen, jotka varmistavat tämän lymfosyyttikloonin lisääntymisen.

AIHE 1.7. PROTEIINIEN FYSIKAALISET-KEMIALLISET OMINAISUUDET JA NIIDEN EROTUSMENETELMÄT

1. Yksittäiset proteiinit eroavat fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksistaan:

Molekyylien muoto;

Molekyylipaino;

Kokonaisvaraus, jonka arvo riippuu aminohappojen anionisten ja kationisten ryhmien suhteesta;

Polaaristen ja ei-polaaristen aminohapporadikaalien suhde molekyylien pinnalla;

Erilaisten denaturointiaineiden kestävyysasteet.

2. Proteiinien liukoisuus riippuu edellä lueteltujen proteiinien ominaisuuksista sekä väliaineen koostumuksesta, johon proteiini liukenee (pH-arvot, suolakoostumus, lämpötila, muiden orgaanisten aineiden läsnäolo, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa proteiinin kanssa). Proteiinimolekyylien varauksen suuruus on yksi niiden liukoisuuteen vaikuttavista tekijöistä. Kun varaus katoaa isoelektrisessä pisteessä, proteiinit aggregoituvat ja saostuvat helpommin. Tämä koskee erityisesti denaturoituja proteiineja, joiden pinnalla on hydrofobisia aminohapporadikaaleja.

Proteiinimolekyylin pinnalla on sekä positiivisesti että negatiivisesti varautuneita aminohapporadikaaleja. Näiden ryhmien lukumäärä ja siten proteiinien kokonaisvaraus riippuu väliaineen pH:sta, ts. H + - ja OH - ryhmien pitoisuuksien suhde. Happamassa ympäristössä H+:n pitoisuuden kasvu johtaa karboksyyliryhmien -COO - + H+ > -COOH dissosioitumisen estymiseen ja proteiinien negatiivisen varauksen vähenemiseen. Alkalisessa ympäristössä aminoryhmien -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O hajoamisen aikana muodostuneiden ylimääräisten OH - protonien sitoutuminen veden muodostumisen kanssa johtaa proteiinien positiivisen varauksen vähenemiseen. pH-arvoa, jossa proteiinin nettovaraus on nolla, kutsutaan isoelektrinen piste (IEP). IET:ssä positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden ryhmien määrä on sama, ts. proteiini on isoelektrisessä tilassa.

3. Yksittäisten proteiinien erottaminen. Kehon rakenteen ja toiminnan ominaisuudet riippuvat siinä syntetisoitujen proteiinien joukosta. Proteiinien rakenteen ja ominaisuuksien tutkiminen on mahdotonta ilman niiden eristämistä solusta ja puhdistamista muista proteiineista ja orgaanisista molekyyleistä. Yksittäisten proteiinien eristämisen ja puhdistamisen vaiheet:

solujen tuhoutuminen tutkitusta kudoksesta ja saada homogenaatti.

Homogenaatin erottaminen fraktioiksi sentrifugointi, jolloin saadaan tuma-, mitokondrio-, sytosolinen tai muu fraktio, joka sisältää halutun proteiinin.

Valikoiva lämpödenaturointi- proteiiniliuoksen lyhytaikainen kuumennus, jossa osa denaturoituneista proteiiniepäpuhtauksista voidaan poistaa (jos proteiini on suhteellisen termisesti stabiili).

Suolaus pois. Eri proteiinit saostuvat eri suolapitoisuuksilla liuoksessa. Vähitellen suolapitoisuutta lisäämällä on mahdollista saada useita yksittäisiä fraktioita, joissa yhdessä niistä on vallitseva erittyvän proteiinin pitoisuus. Yleisimmin käytetty proteiinien fraktiointi on ammoniumsulfaatti. Vähiten liukenevat proteiinit saostuvat alhaisilla suolapitoisuuksilla.

Geelisuodatus- menetelmä molekyylien seulomiseksi turvonneiden Sephadex-rakeiden läpi (kolmiulotteiset dekstraanipolysakkaridiketjut, joissa on huokoset). Proteiinien kulkunopeus Sephadexillä täytetyn kolonnin läpi riippuu niiden molekyylipainosta: mitä pienempi proteiinimolekyylien massa on, sitä helpommin ne tunkeutuvat rakeisiin ja pysyvät siellä pidempään, mitä suurempi massa, sitä nopeammin ne eluoituvat rakeista. sarakkeessa.

Ultrasentrifugointi- menetelmä, joka koostuu siitä, että sentrifugiputkessa olevat proteiinit asetetaan ultrasentrifugin roottoriin. Kun roottori pyörii, proteiinien sedimentaationopeus on verrannollinen niihin molekyylipaino: raskaampien proteiinien fraktiot sijaitsevat lähempänä putken pohjaa, kevyemmät ovat lähempänä pintaa.

elektroforeesi- menetelmä, joka perustuu eroihin proteiinien liikkumisnopeudessa sähkökentässä. Tämä arvo on verrannollinen proteiinien varaukseen. Proteiinielektroforeesi suoritetaan paperilla (tässä tapauksessa proteiinien liikenopeus on verrannollinen vain niiden varaukseen) tai polyakryyliamidigeelissä, jolla on tietty huokoskoko (proteiinien liikenopeus on verrannollinen niiden varaukseen ja molekyylipainoon ).

Ioninvaihtokromatografia- fraktiointimenetelmä, joka perustuu ionisoituneiden proteiiniryhmien sitomiseen vastakkaisesti varautuneisiin ioninvaihtohartsiryhmiin (liukenemattomat polymeerimateriaalit). Proteiinin sitoutumisvoima hartsiin on verrannollinen proteiinin varaukseen. Ioninvaihtopolymeeriin adsorboituneet proteiinit voidaan pestä pois kasvavilla NaCl-liuospitoisuuksilla; mitä pienempi proteiinivaraus, sitä pienempi NaCl-pitoisuus vaaditaan hartsin ioniryhmiin liittyvän proteiinin pesemiseksi pois.

Affiniteettikromatografia- spesifisin menetelmä yksittäisten proteiinien eristämiseksi Proteiinin ligandi kiinnitetään kovalenttisesti inerttiin polymeeriin. Kun proteiiniliuos johdetaan kolonnin läpi polymeerin kanssa, johtuen proteiinin komplementaarisesta sitoutumisesta ligandiin, vain tälle ligandille spesifinen proteiini adsorboituu pylvääseen.

Dialyysi- menetelmä, jota käytetään pienen molekyylipainon yhdisteiden poistamiseen eristetyn proteiinin liuoksesta. Menetelmä perustuu proteiinien kyvyttömyyteen kulkea puoliläpäisevän kalvon läpi, toisin kuin pienimolekyylipainoiset aineet. Sitä käytetään proteiinien puhdistamiseen pienimolekyylisistä epäpuhtauksista, esimerkiksi suoloista suolauksen jälkeen.

TEHTÄVÄT OPIN ULKOPUOLISTA TYÖTÄ

1. Täytä taulukko. 1.4.

Taulukko 1.4. Vertaileva analyysi sukulaisproteiinien - myoglobiinin ja hemoglobiinin - rakenteet ja toiminnot

a) muista aktiivisen keskuksen Mb ja Hb rakenne. Mikä rooli aminohappojen hydrofobisilla radikaaleilla on näiden proteiinien aktiivisten keskusten muodostumisessa? Kuvaa Mb- ja Hb-aktiivisen keskuksen rakenne ja ligandin kiinnittymismekanismit siihen. Mikä rooli His F 8- ja His E 7 -tähteillä on Mv- ja Hv-aktiivisen kohdan toiminnassa?

b) mitä uusia ominaisuuksia monomeeriseen myoglobiiniin verrattuna on läheistä sukua olevalla oligomeeriproteiinilla, hemoglobiinilla? Selitä kooperatiivisten muutosten rooli hemoglobiinimolekyylin protomeerien konformaatiossa, CO 2 - ja protonipitoisuuksien vaikutus hemoglobiinin happiaffiniteettiin ja 2,3-BPG:n rooli Hb-toiminnan allosteerisessa säätelyssä.

2. Kuvaile molekyylikaperonien ominaisuuksia kiinnittäen huomiota niiden rakenteen ja toiminnan väliseen suhteeseen.

3. Mitkä proteiinit on ryhmitelty perheisiin? Määritä tämän perheen proteiinien samanlaiset rakenteelliset ominaisuudet ja niihin liittyvät toiminnot käyttämällä immunoglobuliiniperheen esimerkkiä.

4. Usein biokemiallisiin ja lääketieteellisiin sovelluksiin tarvitaan puhdistettuja yksittäisiä proteiineja. Selitä, mihin proteiinien fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin niiden erottamiseen ja puhdistamiseen käytetyt menetelmät perustuvat.

ITSEHALLINTA TEHTÄVÄT

1. Valitse oikeat vastaukset.

Hemoglobiinin tehtävät:

A. O 2 -kuljetus keuhkoista kudoksiin B. H + -kuljetus kudoksista keuhkoihin

B. Veren pH-arvon ylläpitäminen D. CO2:n kuljetus keuhkoista kudoksiin

D. CO 2:n kuljetus kudoksista keuhkoihin

2. Valitse oikeat vastaukset. ligandiα -Hb-protomeeri on: A. Heme

B. Happi

B. CO D. 2,3-BPG

D. P-protomeeri

3. Valitse oikeat vastaukset.

Hemoglobiini eroaa myoglobiinista:

A. Sillä on kvaternäärinen rakenne

B. Toissijaista rakennetta edustavat vain α-heliksit

B. Viittaa monimutkaisiin proteiineihin

D. Vuorovaikuttaa allosteerisen ligandin kanssa D. Kovalenttisesti sitoutunut hemiin

4. Valitse oikeat vastaukset.

Hb:n affiniteetti O 2:lle laskee:

A. Kun yksi O 2 -molekyyli on kiinnittynyt B. Kun yksi O 2 -molekyyli eliminoituu

B. Kun olet vuorovaikutuksessa 2,3-BPG:n kanssa

D. Kiinnitettynä protomeereihin H + D. Kun 2,3-BPG:n pitoisuus pienenee

5. Aseta ottelu.

Hb-tyypeille on ominaista:

A. Muodostaa fibrillaarisia aggregaatteja deoksimuodossa B. Sisältää kaksi α- ja kaksi δ-ketjua

B. Hb:n vallitseva muoto aikuisten punasoluissa D. Se sisältää hemiä, jonka aktiivisessa keskustassa on Fe + 3

D. Sisältää kaksi α- ja kaksi γ-ketjua 1. HvA 2.

6. Aseta ottelu.

Ligandit Hb:

A. Sitoutuu Hb:hen allosteerisessa keskustassa

B. Sillä on erittäin korkea affiniteetti aktiiviseen kohtaan Hb

B. Liittäminen lisää Hb:n affiniteettia O 2 D:hen. Hapettaa Fe + 2:n Fe + 3:ksi

D. Lomakkeet kovalenttisidos hysF8:n kanssa

7. Valitse oikeat vastaukset.

Saattajat:

A. Proteiinit, joita on solun kaikissa osissa

B. Synteesi tehostuu stressaavissa vaikutuksissa

B. Osallistu denaturoitujen proteiinien hydrolyysiin

D. Osallistu proteiinien luonnollisen konformaation ylläpitämiseen

D. Luo organelleja, joissa muodostuu proteiinikonformaatiota

8. Ottelu. Immunoglobuliinit:

A. Eritysmuoto on pentameerinen

B. Ig-luokka, joka ylittää istukan esteen

B. Ig - syöttösolureseptori

D. Ig:n pääluokka, joka on läsnä epiteelisolujen eritteissä. D. B-lymfosyyttireseptori, jonka aktivointi varmistaa solujen lisääntymisen

9. Valitse oikeat vastaukset.

Immunoglobuliinit E:

A. Makrofagien tuottamat B. Niillä on raskaita ε-ketjuja.

B. Upotettu T-lymfosyyttien kalvoon

D. Toimivat kalvoreseptoreina syöttösolujen ja basofiilien antigeeneille

D. Vastuussa allergisten reaktioiden ilmenemisestä

10. Valitse oikeat vastaukset.

Proteiinien erottelumenetelmä perustuu niiden molekyylipainon eroihin:

A. Geelisuodatus

B. Ultrasentrifugointi

B. PolD. Ioninvaihtokromatografia

D. Affiniteettikromatografia

11. Valitse oikea vastaus.

Proteiinien erottelumenetelmä perustuu eroihin niiden vesiliukoisuudessa:

A. Geelisuodatus B. Suolaus

B. Ioninvaihtokromatografia D. Affiniteettikromatografia

E. Polyakryyliamidigeelielektroforeesi

VASTAUKSIEN STANDARDIT "ITSEENHALLINTA TEHTÄVÄT"

1. A, B, C, D

2. A, B, C, D

5. 1-B, 2-A, 3-G

6. 1-C, 2-B, 3-A

7. A, B, D, D

8. 1-G; 2-B, 3-C

PERUSKÄSITTEET JA KÄSITTEET

1. Oligomeeriset proteiinit, protomeeri, proteiinien kvaternäärinen rakenne

2. Yhteistoiminnalliset muutokset protomeerin konformaatiossa

3. Bohr-efekti

4. Proteiinitoimintojen allosteerinen säätely, allosteerinen keskus ja allosteerinen efektori

5. Molekyylikaperonit, lämpöshokkiproteiinit

6. Proteiiniperheet (seriiniproteaasit, immunoglobuliinit)

7. Rakenteen IgM-, G-, E-, A-yhteys toimintoon

8. Proteiinien kokonaisvaraus, proteiinien isoelektrinen piste

9. Elektroforeesi

10. Suolaus

11. Geelisuodatus

12. Ioninvaihtokromatografia

13. Ultrasentrifugointi

14. Affiniteettikromatografia

15. Plasmaproteiinielektroforeesi

TEHTÄVÄT KUULUTUSTYÖHÄN

1. Vertaa hemoglobiinin (Hb) ja myoglobiinin (Mb) saturaatioasteiden riippuvuutta hapella sen osapaineesta kudoksissa

Riisi. 1.34. MV:n jaHbhappea sen osapaineesta

Huomaa, että proteiinin happisaturaatiokäyrien muoto on erilainen: myoglobiinilla - hyperboli, hemoglobiinilla - sigmoidimuoto.

1. Vertaa hapen osapaineen arvoja, joissa Mb ja Hb ovat kyllästyneet O 2:lla 50 %. Millä näistä proteiineista on suurempi affiniteetti O 2:een?

2. Mitkä MB:n rakenteelliset ominaisuudet määräävät sen suuren affiniteetin O 2 :lle?

3. Mitkä Hb:n rakenteelliset ominaisuudet mahdollistavat sen, että se vapauttaa O 2:ta lepäävien kudosten kapillaareista (suhteellisen korkealla O 2:n osapaineella) ja lisää jyrkästi tätä palautusta työskentelevissä lihaksissa? Mikä oligomeeristen proteiinien ominaisuus tarjoaa tämän vaikutuksen?

4. Laske kuinka paljon O 2:ta (%) antaa hapetettua hemoglobiinia lepo- ja työlihakseen?

5. tehdä johtopäätöksiä proteiinin rakenteen ja toiminnan välisestä suhteesta.

2. Hemoglobiinin kapillaareissa vapauttaman hapen määrä riippuu kudosten kataboliaprosessien voimakkuudesta (Bohr-ilmiö). Kuinka muutokset kudosten aineenvaihdunnassa säätelevät Hb:n affiniteettia O 2 :een? CO 2:n ja H+:n vaikutus Hb:n affiniteettiin O 2:een

1. Kuvaile Bohrin vaikutusta.

2. mihin suuntaan kaaviossa näkyvä prosessi etenee:

a) keuhkojen kapillaareissa;

b) kudoskapillaareissa?

3. Mikä on Bohr-ilmiön fysiologinen merkitys?

4. Miksi Hb:n ja H+:n vuorovaikutus hemistä kaukana olevissa kohdissa muuttaa proteiinin affiniteettia O 2:lle?

3. Hb:n affiniteetti 02:een riippuu sen ligandin, 2,3-bifosfoglyseraatin, pitoisuudesta, joka on Hb:n 02-affiniteetin allosteerinen säätelijä. Miksi ligandin vuorovaikutus aktiivisesta kohdasta kaukana olevassa kohdassa vaikuttaa proteiinin toimintaan? Kuinka 2,3-BPG säätelee Hb:n affiniteettia O 2:een? Voit ratkaista ongelman vastaamalla seuraaviin kysymyksiin:

1. Mistä ja mistä 2,3-bifosfoglyseraattia (2,3-BPG) syntetisoidaan? Kirjoita sen kaava, osoita tämän molekyylin varaus.

2. Minkä muodon hemoglobiinin (oksi tai deoksi) kanssa BPG on vuorovaikutuksessa ja miksi? Millä Hb-molekyylin alueella vuorovaikutus tapahtuu?

3. mihin suuntaan kaaviossa esitetty prosessi etenee?

a) kudosten kapillaareissa;

b) keuhkojen kapillaareissa?

4. missä pitäisi olla enemmän korkea pitoisuus monimutkainen

Nv-2,3-BFG:

a) levossa olevien lihasten kapillaareissa,

b) työskentelevien lihasten kapillaareissa (olettaen, että punasoluissa on sama BPG-pitoisuus)?

5. Miten Hb:n affiniteetti hapen suhteen muuttuu, kun ihminen sopeutuu korkeisiin olosuhteisiin, jos BPG:n pitoisuus punasoluissa kasvaa? Mikä on tämän ilmiön fysiologinen merkitys?

4. 2,3-BPG:n tuhoutuminen säilyneen veren varastoinnin aikana häiritsee Hb:n toimintaa. Miten Hb:n affiniteetti O 2:een muuttuu säilyneessä veressä, jos 2,3-BPG:n pitoisuus punasoluissa voi laskea 8:sta 0,5 mmol/l:aan. Onko mahdollista siirtää tällaista verta vakavasti sairaille potilaille, jos 2,3-BPG-pitoisuus palautuu aikaisintaan kolmen päivän kuluttua? Onko mahdollista palauttaa punasolujen toiminta lisäämällä 2,3-BPG:tä vereen?

5. Muista yksinkertaisimpien immunoglobuliinimolekyylien rakenne. Mikä rooli immunoglobuliineilla on immuunijärjestelmässä? Miksi ig:eitä kutsutaan usein bivalentteiksi? Miten Ig:iden rakenne liittyy niiden toimintaan? (Kuvaile käyttämällä esimerkkiä immunoglobuliiniluokista.)

Proteiinien fysikaalis-kemialliset ominaisuudet ja menetelmät niiden erottamiseksi.

6. Miten proteiinin nettovaraus vaikuttaa sen liukoisuuteen?

a) määritä peptidin kokonaisvaraus pH:ssa 7

Ala-Glu-Tre-Pro-Asp-Liz-Cis

b) kuinka tämän peptidin varaus muuttuu pH:ssa >7, pH<7, рН <<7?

c) mikä on proteiinin isoelektrinen piste (IEP) ja missä ympäristössä se sijaitsee

Tämän peptidin IET?

d) missä pH-arvossa tämän peptidin pienin liukoisuus havaitaan.

7. Miksi piimä, toisin kuin tuore maito, "koaguloituu" keitettäessä (eli kaseiinimaitoproteiini saostuu)? Tuoreen maidon kaseiinimolekyyleillä on negatiivinen varaus.

8. Geelisuodatusta käytetään yksittäisten proteiinien erottamiseen. Seos, joka sisälsi proteiineja A, B ja C, joiden molekyylimassat olivat 160 000, 80 000 ja 60 000, analysoitiin geelisuodatuksella (kuva 1.35). Turvonneet geelirakeet läpäisevät proteiineja, joiden molekyylipaino on alle 70 000. Mikä periaate on tämän erotusmenetelmän taustalla? Mikä kaavioista edustaa oikein fraktioinnin tuloksia? Määritä proteiinien A, B ja C vapautumisjärjestys kolonnista.

Riisi. 1.35. Geelisuodatusmenetelmän käyttäminen proteiinien erottamiseen

9. Kuvassa 1.36, A esittää kaavion elektroforeesista paperilla terveen ihmisen veren seerumin proteiineista. Tällä menetelmällä saatujen proteiinifraktioiden suhteelliset määrät ovat: albumiinit 54-58 %, a1-globuliinit 6-7 %, a2-globuliinit 8-9 %, p-globuliinit 13 %, y-globuliinit 11-12 %.

Riisi. 1.36 Terveen ihmisen (A) ja potilaan (B) veriplasmaproteiinien elektroforeesi paperille

I - y-globuliinit; II - p-globuliinit; III -α 2 - globuliini; IV-α 2 - globuliini; V - albumiinit

Moniin sairauksiin liittyy kvantitatiivisia muutoksia heraproteiinien koostumuksessa (dysproteinemia). Näiden muutosten luonne otetaan huomioon diagnoosia tehtäessä sekä taudin vaikeusastetta ja vaihetta arvioitaessa.

Käyttämällä taulukossa annettuja tietoja. 1.5, tee oletus sairaudesta, jolle on tunnusomaista kuvassa 1 esitetty elektroforeettinen profiili. 1.36.

Taulukko 1.5. Muutokset veren seerumin proteiinien pitoisuudessa patologiassa

5. Sääntelytoiminto. Proteiinit suorittavat signalointiaineiden tehtäviä - jotkut hormonit, histohormonit ja välittäjäaineet ovat minkä tahansa rakenteen signaaliaineiden reseptoreita, tarjoavat lisäsignaalin siirtoa solun biokemiallisissa signalointiketjuissa. Esimerkkejä ovat kasvuhormoni somatotropiini, hormoni insuliini, H- ja M-kolinergiset reseptorit.

6. Moottorin toiminta. Proteiinien avulla suoritetaan supistumisprosessit ja muut biologiset liikkeet. Esimerkkejä ovat tubuliini, aktiini, myosiini.

7. Varatoiminto. Kasvit sisältävät varastoproteiineja, jotka ovat arvokkaita ravintoaineita, eläimillä lihasproteiinit toimivat vararavintoaineina, jotka aktivoituvat hätätilanteessa.

Proteiineille on ominaista useiden rakenteellisten organisaatiotasojen läsnäolo.

ensisijainen rakenne Proteiini on aminohappotähteiden sekvenssi polypeptidiketjussa. Peptidisidos on karboksamidisidos yhden aminohapon a-karboksyyliryhmän ja toisen aminohapon a-aminoryhmän välillä.

alanyylifenyylialanyylikysteyyliproliini

U n eptisidos ominaisuuksia on useita:

a) se on resonanttisesti stabiloitu ja siksi sijaitsee käytännössä samassa tasossa - se on tasomainen; pyöriminen C-N-sidoksen ympäri vaatii paljon energiaa ja on vaikeaa;

b) -CO-NH-sidoksella on erityinen luonne, se on pienempi kuin tavallinen, mutta enemmän kuin kaksinkertainen, eli siinä on ketoenolitautomeria:

c) substituentit peptidisidoksen suhteen ovat sisällä transsi- asema;

d) peptidirunkoa ympäröivät eri luonteiset sivuketjut, jotka ovat vuorovaikutuksessa ympäröivien liuotinmolekyylien kanssa, vapaat karboksyyli- ja aminoryhmät ionisoituvat muodostaen proteiinimolekyylin kationisia ja anionisia keskuksia. Niiden suhteesta riippuen proteiinimolekyyli saa positiivisen tai negatiivisen kokonaisvarauksen, ja sille on tunnusomaista myös yksi tai toinen väliaineen pH-arvo, kun proteiinin isoelektrinen piste saavutetaan. Radikaalit muodostavat suola-, eetteri-, disulfidisiltoja proteiinimolekyylin sisällä ja määrittävät myös proteiineille ominaisen reaktioiden alueen.

Tällä hetkellä Sovittiin, että 100 tai useammasta aminohappotähteestä koostuvat polymeerit pidetään proteiineina, 50-100 aminohappotähteestä koostuvat polymeerit polypeptideinä ja alle 50 aminohappotähteestä koostuvat polymeerit alhaisen molekyylipainon peptideinä.

Jonkin verran alhainen molekyylipaino peptideillä on itsenäinen biologinen rooli. Esimerkkejä joistakin näistä peptideistä:

Glutationi - γ-glu-cis-gli - yksi Yleisimmistä solunsisäisistä peptideistä se osallistuu solujen redox-prosesseihin ja aminohappojen siirtoon biologisten kalvojen läpi.

karnosiini - β-ala-gis -peptidi, Eläinten lihaksissa oleva, eliminoi lipidien peroksidaatiotuotteet, nopeuttaa hiilihydraattien hajoamista lihaksissa ja osallistuu lihasten energia-aineenvaihduntaan fosfaatin muodossa.

Vasopressiini on aivolisäkkeen takaosan hormoni, joka osallistuu kehon vesiaineenvaihdunnan säätelyyn:

Phalloidiini- myrkyllinen kärpäsherukkapolypeptidi, aiheuttaa vähäisinä pitoisuuksina kehon kuoleman entsyymien ja kalium-ionien vapautuessa soluista:

Gramisidiini - antibiootti, joka vaikuttaa moniin grampositiivisiin bakteereihin, muuttaa biologisten kalvojen läpäisevyyttä pienimolekyylisille yhdisteille ja aiheuttaa solukuoleman:

Tavannut-enkefaliini - thyr-gli-gli-fen-met - peptidi, joka syntetisoituu hermosoluissa ja lievittää kipua.

Proteiinin toissijainen rakenne- tämä on spatiaalinen rakenne, joka on seurausta peptidirungon funktionaalisten ryhmien välisistä vuorovaikutuksista.

Peptidiketju sisältää monet peptidisidosten CO- ja NH-ryhmät, joista jokainen voi mahdollisesti osallistua vetysidosten muodostukseen. On olemassa kaksi päätyyppiä rakenteita, jotka mahdollistavat tämän: α-kierre, jossa ketju kelat kuten puhelinjohto, ja β-laskosrakenne, jossa yhden tai useamman ketjun pitkänomaiset osat on pinottu vierekkäin. Molemmat rakenteet ovat erittäin vakaita.

α-Helix on karakterisoituäärimmäisen tiheä kierretyn polypeptidiketjun pakkaus, oikeakätisen kierteen jokaista kierrosta kohti on 3,6 aminohappotähdettä, joiden radikaalit ovat aina suunnattu ulospäin ja hieman taaksepäin eli polypeptidiketjun alkuun.

α-heliksin tärkeimmät ominaisuudet:

1) α-kierre on stabiloitu vetysidoksilla peptidiryhmän typessä olevan vetyatomin ja jäännöksen karbonyylihapen välillä neljän aseman päässä annetusta ketjussa;

2) kaikki peptidiryhmät osallistuvat vetysidoksen muodostumiseen, mikä varmistaa a-heliksin maksimaalisen stabiilisuuden;

3) kaikki peptidiryhmien typpi- ja happiatomit osallistuvat vetysidosten muodostukseen, mikä vähentää merkittävästi a-kierteisten alueiden hydrofiilisyyttä ja lisää niiden hydrofobisuutta;

4) α-heliksi muodostuu spontaanisti ja on polypeptidiketjun stabiilin konformaatio, joka vastaa vähimmäismäärää vapaata energiaa;

5) L-aminohappojen polypeptidiketjussa oikea kierre, jota yleensä esiintyy proteiineissa, on paljon vakaampi kuin vasen.

α-heliksin muodostumisen mahdollisuus proteiinin primaarisesta rakenteesta johtuen. Jotkut aminohapot estävät peptidirunkoa kiertymästä. Esimerkiksi vierekkäiset glutamaatin ja aspartaatin karboksyyliryhmät hylkivät toisiaan, mikä estää vetysidosten muodostumisen a-heliksiin. Samasta syystä ketjun kiertyminen on vaikeaa positiivisesti varautuneiden lysiini- ja arginiinitähteiden paikoissa, jotka sijaitsevat lähellä toisiaan. Proliinilla on kuitenkin suurin rooli α-heliksin rikkomisessa. Ensinnäkin proliinissa typpiatomi on osa jäykkää rengasta, mikä estää pyörimisen N-C-sidoksen ympäri, ja toiseksi proliini ei muodosta vetysidosta, koska typpiatomissa ei ole vetyä.

β-laskostus on kerrosrakenne muodostuu vetysidoksista lineaarisesti järjestettyjen peptidifragmenttien välillä. Molemmat ketjut voivat olla itsenäisiä tai kuulua samaan polypeptidimolekyyliin. Jos ketjut ovat samaan suuntaan, niin tällaista β-rakennetta kutsutaan rinnakkaiseksi. Ketjujen vastakkaisen suunnan tapauksessa, eli kun yhden ketjun N-pää osuu yhteen toisen ketjun C-pään kanssa, β-rakennetta kutsutaan antirinnakkaiseksi. Energeettisesti antiparallel β-laskostus lähes lineaarisilla vetysiloilla on edullisempi.

yhdensuuntainen β-laskostuminen vastasuuntainen β-laskostus

Toisin kuin α-heliksi vetysidoksilla kyllästettynä β-laskostuvan ketjun jokainen osa on avoin lisävetysidosten muodostumiselle. Aminohapposivuradikaalit ovat suunnattu lähes kohtisuoraan lehtitasoon nähden vuorotellen ylös ja alas.

Missä peptidiketju kaartaa melko jyrkästi, usein löytyy β-silmukka. Tämä on lyhyt fragmentti, jossa 4 aminohappotähdettä on taivutettu 180 o ja stabiloitu yhdellä vetysillalla ensimmäisen ja neljännen tähteen välillä. Suuret aminohapporadikaalit häiritsevät β-silmukan muodostumista, joten se sisältää useimmiten pienimmän aminohapon, glysiinin.

Suprassekundaarinen proteiinirakenne- tämä on tietty sekundäärirakenteiden vuorottelujärjestys. Domeeni ymmärretään proteiinimolekyylin erilliseksi osaksi, jolla on tietty rakenteellinen ja toiminnallinen autonomia. Nyt domeeneja pidetään proteiinimolekyylien rakenteen peruselementteinä, ja α-heliksien ja β-kerrosten asettelun suhde ja luonne mahdollistaa enemmän proteiinimolekyylien evoluution ja fylogeneettisten suhteiden ymmärtämisen kuin primäärirakenteiden vertailun.

Evoluution päätavoite on uusien proteiinien rakentaminen. On äärettömän pieni mahdollisuus syntetisoida sattumalta sellainen aminohapposekvenssi, joka täyttäisi pakkausehdot ja varmistaisi toiminnallisten tehtävien suorittamisen. Siksi on usein proteiineja, joilla on eri toiminnot, mutta rakenteeltaan siinä määrin samankaltaisia, että niillä näyttää olevan yhteinen esi-isä tai ne ovat kehittyneet toisistaan. Näyttää siltä, ​​että evoluutio, joka kohtaa tarpeen ratkaista tietty ongelma, ei halua ensin suunnitella proteiineja tätä varten, vaan mukauttaa tähän jo vakiintuneita rakenteita mukauttamalla niitä uusiin tarkoituksiin.

Joitakin esimerkkejä usein toistuvista ylisekundaarisista rakenteista:

1) αα' - proteiinit, jotka sisältävät vain a-heliksiä (myoglobiini, hemoglobiini);

2) ββ' - proteiinit, jotka sisältävät vain p-rakenteita (immunoglobuliinit, superoksididismutaasi);

3) βαβ' - β-tynnyrin rakenne, jokainen β-kerros sijaitsee tynnyrin sisällä ja liittyy a-heliksiin, joka sijaitsee molekyylin pinnalla (trioosifosfoisomeraasi, laktaattidehydrogenaasi);

4) "sinkkisormi" - proteiinifragmentti, joka koostuu 20 aminohappotähteestä, sinkkiatomi liittyy kahteen kysteiini- ja kahteen histidiinitähteeseen, mikä johtaa noin 12 aminohappotähteen "sormeen", voi sitoutua säätelyyn DNA-molekyylin alueet;

5) "leusiinivetoketju" - vuorovaikutuksessa olevilla proteiineilla on α-kierteinen alue, joka sisältää vähintään 4 leusiinitähdettä, ne sijaitsevat 6 aminohapon päässä toisistaan, eli ne sijaitsevat joka toisen kierroksen pinnalla ja voivat muodostaa hydrofobisia sitoutuu leusiinitähteiden kanssa toiseen proteiiniin. Esimerkiksi leusiinivetoketjujen avulla vahvasti emäksisten histoniproteiinien molekyylejä voidaan yhdistää komplekseiksi positiivisen varauksen voittamiseksi.

Proteiinin tertiäärinen rakenne- tämä on proteiinimolekyylin avaruudellinen järjestely, jota stabiloivat aminohappojen sivuradikaalien väliset sidokset.

Sidostyypit, jotka stabiloivat proteiinin tertiaarista rakennetta:

sähköstaattinen vety hydrofobinen disulfidivuorovaikutus sidokset vuorovaikutussidokset

Taitosta riippuen Tertiäärisen rakenteen proteiinit voidaan luokitella kahteen päätyyppiin - säikeisiin ja pallomaisiin.

fibrillaariset proteiinit- veteen liukenemattomia pitkiä rihmamaisia ​​molekyylejä, joiden polypeptidiketjut ovat pidennetty yhtä akselia pitkin. Nämä ovat pääasiassa rakenteellisia ja supistuvia proteiineja. Muutamia esimerkkejä yleisimmistä fibrillaarisista proteiineista ovat:

1. α- Keratiinit. Epidermaalisolujen syntetisoima. Ne muodostavat lähes kaiken karvojen, villan, höyhenten, sarvien, kynsien, kynsien, neulojen, suomujen, kavioiden ja kilpikonnankuoren kuivapainon sekä merkittävän osan ihon ulkokerroksen painosta. Tämä on koko proteiiniperhe, ne ovat samankaltaisia ​​aminohappokoostumukseltaan, sisältävät monia kysteiinijäännöksiä ja niillä on sama polypeptidiketjujen avaruudellinen järjestely.

Hiussoluissa keratiinin polypeptidiketjut ensin organisoituu kuiduiksi, joista sitten muodostetaan rakenteita kuten köysi tai kierretty kaapeli, joka lopulta täyttää koko solun tilan. Samaan aikaan karvasolut litistyvät ja lopulta kuolevat, ja soluseinämät muodostavat putkimaisen tupen jokaisen hiuksen ympärille, jota kutsutaan kynsinauhoiksi. α-keratiinissa polypeptidiketjut ovat α-kierteen muodossa, kierrettyinä toistensa ympäri kolmiytimeksi kaapeliksi, jossa muodostuu ristikkäisiä disulfidisidoksia.

N-terminaaliset jäännökset sijaitsevat toisella puolella (rinnakkais). Keratiinit ovat veteen liukenemattomia, koska niiden koostumuksessa on hallitsevia aminohappoja, joissa on ei-polaarisia sivuradikaaleja, jotka ovat kääntyneet vesifaasiin. Permin aikana tapahtuu seuraavia prosesseja: ensin disulfidisillat tuhoutuvat pelkistämällä tioleilla, ja sitten, kun hiuksille on annettu tarvittava muoto, se kuivataan kuumentamalla, kun taas ilmahapella tapahtuvan hapetuksen seurauksena muodostuu uusia disulfidisiltoja. jotka säilyttävät kampauksen muodon.

2. β-keratiinit. Näitä ovat silkki ja hämähäkinverkkofibroiini. Ne ovat antiparalleelisia β-laskostettuja kerroksia, joissa koostumuksessa on hallitseva osa glysiinistä, alaniinista ja seriinistä.

3. Kollageeni. Yleisin proteiini korkeammissa eläimissä ja sidekudosten tärkein fibrillaarinen proteiini. Kollageenia syntetisoidaan fibroblasteissa ja kondrosyyteissä - erikoistuneissa sidekudossoluissa, joista se sitten työnnetään ulos. Kollageenikuituja löytyy ihosta, jänteistä, rustosta ja luista. Ne eivät veny, ylittävät teräslangan vahvuudeltaan, kollageenifibrilleille on ominaista poikittaisjuovaisuus.

Kuitumainen vedessä keitettynä, liukenematon ja sulamaton kollageeni muuttuu gelatiiniksi joidenkin kovalenttisten sidosten hydrolyysin seurauksena. Kollageeni sisältää 35 % glysiiniä, 11 % alaniinia, 21 % proliinia ja 4-hydroksiproliinia (aminohappo, joka löytyy vain kollageenista ja elastiinista). Tämä koostumus määrittää gelatiinin suhteellisen alhaisen ravintoarvon elintarvikeproteiinina. Kollageenifibrillit koostuvat toistuvista polypeptidialayksiköistä, joita kutsutaan tropokollageeniksi. Nämä alayksiköt on järjestetty fibrilliä pitkin yhdensuuntaisten nippujen muodossa päästä häntään -tavalla. Pään siirtyminen antaa tyypillisen poikittaisjuovaisuuden. Tämän rakenteen tyhjät tilat voivat tarvittaessa toimia hydroksiapatiitti Ca 5 (OH) (PO 4) 3 -kiteiden laskeutumispaikkana, jolla on tärkeä rooli luun mineralisaatiossa.

Tropokollageenin alayksiköt ovat kolmesta polypeptidiketjusta, jotka on kierretty tiukasti kolmiytimisen köyden muodossa ja jotka eroavat α- ja β-keratiineista. Joissakin kollageeneissa kaikilla kolmella ketjulla on sama aminohapposekvenssi, kun taas toisissa vain kaksi ketjua ovat identtisiä ja kolmas eroaa niistä. Tropokollageenipolypeptidiketju muodostaa vasenkätisen kierteen, jossa on vain kolme aminohappotähdettä kierrosta kohden johtuen proliinin ja hydroksiproliinin aiheuttamista ketjun taivutuksista. Kolme ketjua on kytketty toisiinsa vetysidosten lisäksi kovalenttisella sidoksella, joka muodostuu kahden vierekkäisissä ketjuissa sijaitsevan lysiinitähteen väliin:

Kun vanhenemme tropokollageenialayksiköissä ja niiden väliin muodostuu yhä enemmän ristisidoksia, mikä tekee kollageenifibrilleistä jäykemmiksi ja hauraaksi, mikä muuttaa ruston ja jänteiden mekaanisia ominaisuuksia, tekee luista hauraampia ja vähentää sarveiskalvon läpinäkyvyyttä. silmä.

4. Elastiini. Sisältyy nivelsiteiden keltaiseen elastiseen kudokseen ja suurten valtimoiden seinämien elastiseen sidekudoskerrokseen. Elastiinifibrillien pääalayksikkö on tropoelastiini. Elastiini sisältää runsaasti glysiiniä ja alaniinia, sisältää paljon lysiiniä ja vähän proliinia. Elastiinin kierteiset osat venyvät venyessään, mutta palautuvat alkuperäiseen pituuteensa, kun kuormitus poistetaan. Neljän eri ketjun lysiinitähteet muodostavat kovalenttisia sidoksia keskenään ja antavat elastiinin venyä palautuvasti kaikkiin suuntiin.

Globaalit proteiinit- proteiinit, joiden polypeptidiketju on laskostunut tiiviiksi palloksi, pystyvät suorittamaan monenlaisia ​​toimintoja.

Globulaaristen proteiinien tertiäärinen rakenne siinä on kätevintä tarkastella esimerkkiä myoglobiinista. Myoglobiini on suhteellisen pieni happea sitova proteiini, jota löytyy lihassoluista. Se varastoi sitoutuneen hapen ja edistää sen siirtymistä mitokondrioihin. Myoglobiinimolekyyli sisältää yhden polypeptidiketjun ja yhden hemoryhmän (hemi) - protoporfyriinin ja raudan kompleksin.

Perusominaisuudet myoglobiini:

a) myoglobiinimolekyyli on niin kompakti, että sen sisään mahtuu vain 4 vesimolekyyliä;

b) kaikki polaariset aminohappotähteet kahta lukuun ottamatta sijaitsevat molekyylin ulkopinnalla, ja ne kaikki ovat hydratoituneessa tilassa;

c) suurin osa hydrofobisista aminohappotähteistä sijaitsee myoglobiinimolekyylin sisällä ja on siten suojattu kosketukselta veden kanssa;

d) jokainen myoglobiinimolekyylin neljästä proliinitähteestä sijaitsee polypeptidiketjun mutkassa, seriini-, treoniini- ja asparagiinitähteet sijaitsevat muissa mutkan paikoissa, koska tällaiset aminohapot estävät a-heliksin muodostumisen, jos he ovat toistensa kanssa;

e) litteä hemoryhmä sijaitsee ontelossa (taskussa) lähellä molekyylin pintaa, rautaatomissa on kaksi hemitasoon nähden kohtisuoraan suunnattua koordinaatiosidosta, joista toinen on kytketty histidiinitähteeseen 93 ja toinen sitoutuu happimolekyyli.

Alkaen proteiinin tertiaarisesta rakenteesta tulee kykeneväksi suorittamaan biologiset tehtävänsä. Proteiinien toiminta perustuu siihen, että kun tertiäärinen rakenne asetetaan proteiinin pinnalle, muodostuu kohtia, jotka voivat kiinnittää itseensä muita molekyylejä, joita kutsutaan ligandeiksi. Proteiinin ja ligandin vuorovaikutuksen korkea spesifisyys saadaan aikaan aktiivisen keskuksen rakenteen komplementaarisuudesta ligandin rakenteen kanssa. Komplementaarisuus on vuorovaikutuksessa olevien pintojen avaruudellista ja kemiallista vastaavuutta. Useimmille proteiineille tertiäärinen rakenne on laskostumisen enimmäistaso.

Kvaternäärinen proteiinirakenne- ominaisuus proteiineille, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta polypeptidiketjusta, jotka on yhdistetty toisiinsa yksinomaan ei-kovalenttisilla, pääasiassa sähköstaattisilla ja vetysidoksilla. Useimmiten proteiinit sisältävät kaksi tai neljä alayksikköä, enemmän kuin neljä alayksikköä sisältävät yleensä säätelyproteiineja.

Proteiinit, joilla on kvaternäärinen rakenne Niitä kutsutaan usein oligomeerisiksi. Erota homomeeriset ja heteromeeriset proteiinit. Homeriset proteiinit ovat proteiineja, joissa kaikilla alayksiköillä on sama rakenne, esimerkiksi katalaasientsyymi koostuu neljästä täysin identtisestä alayksiköstä. Heteromeerisissa proteiineissa on erilaisia ​​alayksiköitä, esimerkiksi RNA-polymeraasientsyymi koostuu viidestä rakenteeltaan erilaisesta alayksiköstä, jotka suorittavat erilaisia ​​tehtäviä.

Yhden alayksikön vuorovaikutus spesifinen ligandi aiheuttaa konformaatiomuutoksia koko oligomeerisessä proteiinissa ja muuttaa muiden alayksiköiden affiniteettia ligandeihin, tämä ominaisuus on taustalla oligomeeristen proteiinien kyvylle allosteeriseen säätelyyn.

Proteiinin kvaternääristä rakennetta voidaan tarkastella b hemoglobiinin esimerkissä. Se sisältää neljä polypeptidiketjua ja neljä hemiproteesiryhmää, joissa rautaatomit ovat rautamuodossa Fe 2+ . Molekyylin proteiiniosa - globiini - koostuu kahdesta α-ketjusta ja kahdesta β-ketjusta, jotka sisältävät jopa 70 % α-kierteitä. Jokaisella neljästä ketjusta on ominaista tertiäärinen rakenne, ja jokaiseen ketjuun liittyy yksi hemoryhmä. Eri ketjujen heemit ovat suhteellisen kaukana toisistaan ​​ja niillä on erilaiset kaltevuuskulmat. Kahden a-ketjun ja kahden p-ketjun välille muodostuu vähän suoria kontakteja, kun taas a- ja p-ketjujen väliin muodostuu useita hydrofobisten radikaalien muodostamia α1β1- ja α2β2-tyyppisiä kontakteja. Kanava pysyy välillä α 1 β 1 ja α 2 β 2.

Toisin kuin myoglobiini hemoglobiini luonnehdittu huomattavasti pienempi affiniteetti happea kohtaan, mikä mahdollistaa sen, kudoksissa olevan hapen alhaisilla osapaineilla, antaa niille merkittävän osan sitoutuneesta hapesta. Hemoglobiinirauta sitoo happea helpommin korkeammilla pH-arvoilla ja alhaisilla CO 2 -pitoisuuksilla, mikä on ominaista keuhkoalveoleille; hapen vapautumista hemoglobiinista edistävät alhaisemmat pH-arvot ja kudoksille ominaiset korkeat CO 2 -pitoisuudet.

Hemoglobiini kuljettaa hapen lisäksi vetyioneja., jotka sitoutuvat ketjuissa oleviin histidiinitähteisiin. Hemoglobiini sisältää myös hiilidioksidia, joka kiinnittyy kunkin neljän polypeptidiketjun terminaaliseen aminoryhmään, mikä johtaa karbaminohemoglobiinin muodostumiseen:

SISÄÄN punasolut riittävän korkeissa pitoisuuksissa 2,3-difosfoglyseraattia (DFG) on läsnä, sen pitoisuus kasvaa noustessa korkealle ja hypoksian aikana, mikä helpottaa hapen vapautumista hemoglobiinista kudoksissa. DFG sijaitsee kanavassa α1β1:n ja α2β2:n välillä ja on vuorovaikutuksessa positiivisesti infektoituneiden p-ketjuryhmien kanssa. Kun hemoglobiini sitoo happea, DPG syrjäytyy ontelosta. Joidenkin lintujen punasolut eivät sisällä DPG:tä, vaan inositoliheksafosfaattia, mikä edelleen vähentää hemoglobiinin happiaffiniteettia.

2,3-difosfoglyseraatti (DPG)

HbA - normaali aikuisen hemoglobiini, HbF - sikiön hemoglobiini, sillä on suurempi affiniteetti O 2 :een, HbS - hemoglobiiniin sirppisoluanemiassa. Sirppisoluanemia on vakava perinnöllinen sairaus, joka liittyy hemoglobiinin geneettiseen poikkeavuuteen. Sairaiden ihmisten veressä on epätavallisen paljon ohuita sirpin muotoisia punasoluja, jotka ensinnäkin repeytyvät helposti ja toisaalta tukkivat veren kapillaareja.

Molekyylitasolla hemoglobiini S eroaa hemoglobiini A:sta yksi aminohappotähde β-ketjujen asemassa 6, jossa valiini sijaitsee glutamiinihappotähteen sijaan. Siten hemoglobiini S sisältää kaksi negatiivista varausta vähemmän, valiinin ilmaantuminen johtaa "tahmean" hydrofobisen kontaktin ilmaantumiseen molekyylin pinnalle, minkä seurauksena deoksigenaation aikana deoksihemoglobiini S -molekyylit tarttuvat yhteen ja muodostavat liukenemattomia, epänormaalin pitkiä rihmamaisia aggregaatteja, mikä johtaa punasolujen muodonmuutokseen.

Ei ole mitään syytä ajatella, että proteiinin rakenteellisen organisoinnin tasojen muodostumiselle primaaritason yläpuolella on riippumaton geneettinen kontrolli, koska primäärirakenne määrää sekä sekundaarisen, tertiaarisen että kvaternaarisen (jos sellainen on). Proteiinin natiivi konformaatio on termodynaamisesti stabiilin rakenne tietyissä olosuhteissa.

LUENTO 6

Proteiinilla on fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia ominaisuuksia.

Proteiinien fysikaaliset ominaisuudet ovat molekyylipainon läsnäolo, kahtaistaitteisuus (muutos proteiiniliuoksen optisissa ominaisuuksissa liikkeessä verrattuna liuokseen levossa) proteiinien ei-pallomaisesta muodosta johtuen, liikkuvuus sähkökentässä proteiinimolekyylien varauksesta. Lisäksi proteiineille ovat ominaisia ​​optiset ominaisuudet, jotka koostuvat kyvystä kiertää valon polarisaatiotasoa, sirotella valonsäteitä proteiinipartikkelien suuren koon vuoksi ja absorboida ultraviolettisäteitä.

Yksi tyypillisistä fysikaalisista ominaisuuksista proteiinit ovat kyky adsorboitua pintaan ja joskus vangita molekyylejä, pienimolekyylipainoisia orgaanisia yhdisteitä ja ioneja.

Proteiinien kemialliset ominaisuudet ovat erilaisia poikkeuksellinen monimuotoisuus, koska proteiineille ovat ominaisia ​​kaikki aminohapporadikaalien reaktiot ja peptidisidosten hydrolyysireaktio on ominaista.

Siinä on huomattava määrä happamia ja emäksisiä ryhmiä proteiinit osoittavat amfoteerisia ominaisuuksia. Toisin kuin vapaat aminohapot, proteiinien happo-emäsominaisuudet eivät määräydy peptidisidosten muodostukseen osallistuvien α-amino- ja α-karboksiryhmien, vaan aminohappotähteiden varautuneiden radikaalien perusteella. Proteiinien tärkeimmät ominaisuudet johtuvat arginiinin, lysiinin ja histidiinin tähteistä. Happamat ominaisuudet johtuvat asparagiini- ja glutamiinihappojäämistä.

Proteiinititrauskäyrät ovat riittävät on vaikea tulkita, koska missä tahansa proteiinissa on liikaa titrattavia ryhmiä, proteiinin ionisoituneiden ryhmien välillä on sähköstaattisia vuorovaikutuksia ja kunkin titrattavan ryhmän pK:aan vaikuttavat viereiset hydrofobiset tähteet ja vetysidokset. Suurin käytännön sovellus on proteiinin isoelektrinen piste - pH-arvo, jossa proteiinin kokonaisvaraus on nolla. Isoelektrisessä pisteessä proteiini on mahdollisimman inertti, ei liiku sähkökentässä ja sillä on ohuin hydratoitu kuori.

Proteiineilla on puskuroivia ominaisuuksia, mutta niiden puskurikapasiteetti on mitätön. Poikkeuksen muodostavat proteiinit, jotka sisältävät suuren määrän histidiinitähteitä. Esimerkiksi punasoluissa olevalla hemoglobiinilla on histidiinijäämien erittäin korkean pitoisuuden vuoksi merkittävä puskurikapasiteetti pH:ssa noin 7, mikä on erittäin tärkeää punasolujen roolin kannalta hapen ja hiilidioksidin kuljettamisessa veri.

Proteiinit liukenevat veteen, ja fysikaalisesta näkökulmasta ne muodostavat todellisia molekyyliliuoksia. Proteiiniliuoksille on kuitenkin tunnusomaista eräät kolloidiset ominaisuudet: Tendal-ilmiö (valonsirontailmiö), kyvyttömyys läpäistä puoliläpäiseviä kalvoja, korkea viskositeetti, geelin muodostuminen.

Proteiinin liukoisuus riippuu suuresti suolojen konsentraatiosta eli liuoksen ionivahuudesta. Tislattuun veteen proteiinit ovat useimmiten huonosti liukenevia, mutta niiden liukoisuus kasvaa ionivahvuuden kasvaessa. Tällöin kasvava määrä hydratoituneita epäorgaanisia ioneja sitoutuu proteiinin pintaan ja siten sen aggregaatioaste laskee. Suurella ionivahuudella suola-ionit ottavat hydraatiokuoren proteiinimolekyyleistä, mikä johtaa proteiinien aggregoitumiseen ja saostumiseen (suolautumisilmiö). Liukoisuuden eroa käyttämällä on mahdollista erottaa proteiiniseos tavallisten suolojen avulla.

Proteiinien biologisten ominaisuuksien joukossa pääasiassa niiden katalyyttisen aktiivisuuden vuoksi. Toinen tärkeä proteiinien biologinen ominaisuus on niiden hormonaalinen aktiivisuus, eli kyky vaikuttaa kokonaisiin reaktioryhmiin kehossa. Joillakin proteiineilla on myrkyllisiä ominaisuuksia, patogeenistä aktiivisuutta, suojaavia ja reseptoritoimintoja, ja ne ovat vastuussa solun adheesioilmiöistä.

Toinen erikoinen proteiinien biologinen ominaisuus- denaturaatio. Proteiineja niiden luonnollisessa tilassa kutsutaan natiiviproteiineiksi. Denaturaatio on proteiinien spatiaalisen rakenteen tuhoamista denaturoivien aineiden vaikutuksesta. Denaturaation aikana proteiinien primäärirakenne ei häiriinny, mutta niiden biologinen aktiivisuus sekä liukoisuus, elektroforeettinen liikkuvuus ja eräät muut reaktiot menetetään. Aminohapporadikaalit, jotka muodostavat proteiinin aktiivisen keskuksen, ovat denaturaation aikana avaruudellisesti etäällä toisistaan, eli ligandiin sitoutuvan proteiinin spesifinen keskus tuhoutuu. Hydrofobisia radikaaleja, jotka yleensä sijaitsevat pallomaisten proteiinien hydrofobisessa ytimessä, ilmaantuvat molekyylin pinnalle denaturaation aikana, mikä luo olosuhteet saostuvien proteiinien aggregoitumiselle.

Reagenssit ja olosuhteet, jotka aiheuttavat proteiinien denaturoitumista:

Lämpötila yli 60 ° C - heikkojen sidosten tuhoutuminen proteiinissa,

Hapot ja emäkset - muutos ionogeenisten ryhmien ionisaatiossa, ioni- ja vetysidosten katkeaminen,

Urea - molekyylin sisäisten vetysidosten tuhoutuminen vetysidosten muodostumisen seurauksena urean kanssa,

Alkoholi, fenoli, kloramiini - hydrofobisten ja vetysidosten tuhoaminen,

Raskasmetallisuolat - liukenemattomien proteiinisuolojen muodostuminen raskasmetalli-ionien kanssa.

Kun denaturoivat aineet poistetaan, renaturaatio on mahdollista, koska peptidiketjulla on taipumus omaksua konformaatio, jolla on pienin vapaaenergia liuoksessa.

Soluolosuhteissa proteiinit voivat spontaanisti denaturoituu, vaikkakin hitaammin kuin korkeassa lämpötilassa. Proteiinien spontaani regeneraatio solussa on vaikeaa, koska suuren pitoisuuden vuoksi on suuri todennäköisyys osittain denaturoituneiden molekyylien aggregoitumiselle.

Soluissa on proteiineja- molekyylikaperonit, joilla on kyky sitoutua osittain denaturoituihin proteiineihin, jotka ovat epävakaassa, aggregaatioalttiissa tilassa ja palauttavat alkuperäisen konformaationsa. Aluksi nämä proteiinit löydettiin lämpösokkiproteiineiksi, koska niiden synteesi tehostui soluun kohdistuvien stressaavien vaikutusten alla, esimerkiksi lämpötilan nousun myötä. Chaperonit luokitellaan alayksiköiden massan mukaan: hsp-60, hsp-70 ja hsp-90. Jokainen luokka sisältää sukulaisia ​​proteiineja.

Molekyyliset chaperonit ( hsp-70) erittäin konservoitunut proteiiniluokka, jota löytyy solun kaikista osista: sytoplasmasta, tumasta, endoplasmisesta retikulumista, mitokondrioista. Yhden polypeptidiketjun C-päässä hsp-70:llä on alue, joka on ura, joka voi olla vuorovaikutuksessa 7–9 aminohappotähteen pituisten peptidien kanssa, jotka on rikastettu hydrofobisilla radikaaleilla. Tällaisia ​​kohtia pallomaisissa proteiineissa esiintyy suunnilleen joka 16. aminohappo. Hsp-70 pystyy suojaamaan proteiineja lämpöinaktivaatiolta ja palauttamaan osittain denaturoituneiden proteiinien konformaatiota ja aktiivisuutta.

Chaperones-60 (hsp-60) osallistua proteiinien tertiäärisen rakenteen muodostukseen. Hsp-60 toimii oligomeerisinä proteiineina, jotka koostuvat 14 alayksiköstä. Hsp-60 muodostaa kaksi rengasta, jokainen rengas koostuu 7 alayksiköstä, jotka on kytketty toisiinsa.

Jokainen alayksikkö koostuu kolmesta alueesta:

Apikaalisessa domeenissa on useita hydrofobisia aminohappotähteitä alayksiköiden muodostaman ontelon sisäpuolella;

Päiväntasaajan domeenilla on ATPaasi-aktiivisuutta ja sitä tarvitaan proteiinin vapautumiseen kaperoniinikompleksista;

Välidomeeni yhdistää apikaalisen ja ekvatoriaalisen alueen.

Proteiini, jonka pinnalla on fragmentteja hydrofobisilla aminohapoilla rikastettuna tulee chaperoniinikompleksin onteloon. Tämän onkalon spesifisessä ympäristössä, solun sytosolin muista molekyyleistä eristyneissä olosuhteissa, mahdollisten proteiinikonformaatioiden valinta tapahtuu, kunnes löydetään energeettisesti edullisempi konformaatio. Natiivin konformaation chaperonista riippuvainen muodostuminen liittyy huomattavan energiamäärän kulutukseen, jonka lähde on ATP.

Proteiinit (proteiinit) ovat peptidiluonteisia suurimolekyylisiä polymeeriyhdisteitä (polyheteroaminohappoja).

Proteiinien päärakenne on polypeptidiketjun (PPC) aminohappotähteiden vuorottelusekvenssi.

Proteiinien ensisijainen rakenne on kovalenttinen rakenne, koska se perustuu peptidi sidos aminohappojen a-amino- ja a-karboksyyliryhmien välillä. Tämän seurauksena polypeptidiketjut ovat haaroittumattomia.

Polypeptidiketjun luuranko (runko, luuranko) koostuu säännöllisesti toistuvista rakenneelementeistä

Polypeptidiketjussa on vektori, ketjun suunta on N-päästä (ketjun alku) C-päähän (ketjun loppuun), N-pää on pää, jossa vapaa a -aminoryhmä sijaitsee. C-pää on pää, jossa vapaa a-karboksyyliryhmä sijaitsee. Proteiinien aminohapposekvenssi merkitään N-päästä alkaen käyttämällä kolmikirjaimia aminohappolyhenteitä, esimerkiksi: gli-ala-cis-pro. Myös proteiinin aminohappotähteiden yksikirjaimista nimitystä voidaan käyttää.

Proteiinien N- ja C-päät voidaan modifioida. N-päässä oleva aminoryhmä voi olla asetyloitu, formyloitu tai metyloitu. Monissa proteiineissa N-pää on pyrrolidonikarbonaatti (pyroglutamaatti) -tähde, joka ei sisällä vapaata aminoryhmää. C-pää voi olla amidoitu. C-pään modifikaatiot ovat harvinaisempia kuin N-terminaaliset modifikaatiot.

Proteiinin polykondensaatiokerroin vaihtelee välillä 50-2500. Tyypillisesti proteiini sisältää 100-300 aminohappotähdettä. Koska yhden aminohappotähteen keskimääräinen molekyylipaino on noin 110 Da, proteiinien molekyylipaino vaihtelee 6000:sta miljooniin Da.

Jokaisella yksittäisellä proteiinilla on ainutlaatuinen primäärirakenne. Ensimmäinen proteiini, jonka primäärirakenne vakiintui, oli insuliini. Sanger teki sen. Hänen strategiansa oli seuraava. Hän erotti ensin kaksi polypeptidiketjua ja suoritti sitten niiden spesifisen entsymaattisen pilkkomisen pieniksi peptideiksi, jotka sisälsivät päällekkäisiä sekvenssejä. Sitten identifioitiin N-terminaaliset tähteet käyttämällä 1-fluori-2,4-dinitrobentseeniä. Lisäksi hän määritti peptidien aminohappokoostumuksen ja pystyi lopulta määrittämään niiden rakenteen vertaamalla päällekkäisten peptidien sekvenssejä. Yleisesti ottaen Sangerin strategia on säilyttänyt merkityksensä tähän päivään asti. Muitakin lähestymistapoja on kuitenkin ehdotettu. Edman kehitti menetelmän automaattiseen menettelyyn N-terminaalisten aminohappotähteiden peräkkäistä pilkkomista ja tunnistamista varten. Primäärirakenteen tulkitsemiseen voidaan käyttää röntgendiffraktioanalyysiä. Aminohappotähteiden sekvenssi voidaan määrittää lähetti-RNA:n nukleotidisekvenssistä.

Tällä hetkellä yli 2000 proteiinin primäärirakenne on selvitetty. Teoreettisesti proteiinien primäärirakenteen eri varianttien määrä on rajoittamaton. Jopa 20 eri aminohapon polypeptidille mahdollisten sekvenssien lukumäärä on 20 × 1018. Elävässä luonnossa toteutuu vain pieni osa mahdollisista sekvensseistä, joiden kokonaismääräksi kaikentyyppisissä elävissä organismeissa on arviolta 10 10 -10 12. .

Proteiinien primäärirakenne on geneettisesti määrätty, ts. proteiinin aminohapposekvenssi määräytyy nukleotidien sekvenssin mukaan DNA. DNA:n nukleotidisekvenssin vääristymät johtavat epänormaalien proteiinien syntymiseen, joilla on muuttuneet biologiset ominaisuudet, mikä on molekyylipatologian syy. Erityisesti sirppisoluanemian syy on hemoglobiinin b-ketjua säätelevän geenin pistemutaatio. Tämän seurauksena b-ketjun 6. asemassa oleva glutamaattijäännös korvataan valiinilla. Tällainen substituutio johtaa yhden negatiivisen varauksen menettämiseen kummassakin kahdessa b-juosteessa, mikä johtaa muutokseen hemoglobiinin konformaatiossa ja sen biologisen toiminnan menettämiseen.

Homologiset proteiinit ovat proteiineja, jotka suorittavat samoja tehtäviä eri lajeissa. Esimerkki on hemoglobiini: kaikissa selkärankaisissa se suorittaa saman toiminnon, joka liittyy hapen kuljettamiseen. Homologisille proteiineille on tunnusomaista samojen aminohappojen läsnäolo monissa asemissa. Kuten kävi ilmi, niiden aminohappotähteiden lukumäärä, joilla homologiset proteiinit eroavat toisistaan, on verrannollinen näiden lajien väliseen fylogeneettiseen eroon. Esimerkiksi hevosen ja hiivan sytokromi C -molekyylit eroavat toisistaan ​​48 aminohappotähteen osalta, kun taas samat kana- ja ankkamolekyylit eroavat vain 2 tähteen osalta. Mitä tulee kanan ja kalkkunan sytokromi-C:iin, niillä on identtiset aminohapposekvenssit. Tietoa eri lajien homologisten proteiinien aminohapposekvenssien erojen määrästä käytetään evoluutiokarttojen rakentamiseen, jotka kuvastavat eri eläin- ja kasvilajien syntymisen ja kehityksen peräkkäisiä vaiheita evoluutioprosessissa.