Структура белков и аминокислот

ВВЕДЕНИЕ В ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЮБИОХИМИЮ

Зав. каф. биохимии – доктор биологических наук, профессор

Загайко Андрей Леонидович

БиохимияБиохимия – – наука о наука о

химических химических превращенияхпревращениях, протекающих , протекающих

в живых в живых организмах.организмах.

Особенности протекания химических реакций в живом организме

1. Все полезные для организма реакции, помимо обычных участников (реагентов и продуктов), требуют наличия ферментов, ускоряющих и направляющих реакцию;

2. Реакции в организме протекают не обособленно, а организованы в метаболические пути – совокупности взаимосвязанных и взаимообусловеленных реакций;

3. Процессы в живом организме протеккают не случайно, а высокоупорядоченно и регулируемо.

Химический состав клеток, Химический состав клеток, %%

Кислород 65-75 Кислород 65-75 Кальций 0,04-2,00Кальций 0,04-2,00Углерод 15-16 Углерод 15-16 Магний 0,02-0,03Магний 0,02-0,03Водород 8-10 Водород 8-10 Натрий 0,02-0,03Натрий 0,02-0,03Азот 1,5-3,0 Азот 1,5-3,0 Железо 0,01-0,015Железо 0,01-0,015Фосфор 0,2-1,0 Фосфор 0,2-1,0 Цинк 0,0003Цинк 0,0003Калий 0,15-0,4 Калий 0,15-0,4 Медь 0,0002Медь 0,0002Сера 0,15-0,2 Сера 0,15-0,2 Йод 0,0001Йод 0,0001Хлор 0,05-0,1 Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001Фтор 0,0001

ВОДАВОДА       75-85  75-85 

БелкиБелки 10-20 10-20

ЛипидыЛипиды 1-5 1-5

УглеводыУглеводы 0,2-2 0,2-2

Нуклеиновые кислотыНуклеиновые кислоты 1-2 1-2

Низкомолекулярные органические соединенияНизкомолекулярные органические соединения 0,1- 0,5 0,1- 0,5

Неорганические веществаНеорганические вещества 1- 1,5 1- 1,5

Содержание в клетке Содержание в клетке химических соединений химических соединений (в % на сырую массу)  (в % на сырую массу) 

БелкиБелки – это линейные направленные – это линейные направленные гетеробиополимеры, построенные из остатков гетеробиополимеры, построенные из остатков

, , LL- аминокислот- аминокислот

Протеиногенные Протеиногенные аминокислотыаминокислоты

В природе – 400 аминокислот;

В организме человека – 80;

НО

ТОЛЬКО 20 аминокислот кодируются геномом, входят в состав белков и называются протеиногенными

Луи Пастер1822-1895

Все протеиногенные аминокислоты Все протеиногенные аминокислоты являются являются , , LL-аминокислотами-аминокислотами

COOН

NH2 C

R

H

Способы классификации Способы классификации аминокислотаминокислот

Классификация Принцип разделения

СтруктурнаяХимическая структура «бокового

радикала»(алифатические, циклические)

Биологическая

Способность синтезироваться в организме

(заменимые, незаменимые, полузаменимые)

Физико-химическая

Заряд бокового радикала(кислые, основные, нейтральные)

Классификация по полярности

Полярность «бокового радикала»(полярные, неполярные, заряженные)

Образование пептидовОбразование пептидов

R1

NH3＋

C CO

H

R2

NH C CO

H

R3

NH C CO

H

R2

NH3＋

C COO ー

H＋

R1

NH3＋

C COO ー

H＋

H2OH2O

Peptide bond

Peptide bond

A AFNG

GS T

SD

K

Свойства пептидной группыСвойства пептидной группы1.1. Полярная ковалентная Полярная ковалентная

связь;связь;

2.2. По свойствам (длине и По свойствам (длине и прочности ) занимает прочности ) занимает промежуточное положение промежуточное положение между одинарной и двойной между одинарной и двойной связью;связью;

3.3. Копланарность (все атомы Копланарность (все атомы лежат в одной плоскости);лежат в одной плоскости);

4.4. Транс-расположение Транс-расположение атомов;атомов;

5.5. Способность образовывать Способность образовывать водородные связи.водородные связи.

Первичная структура Первичная структура белкабелка

- порядок чередования остатков аминокислот в - порядок чередования остатков аминокислот в полипептидной цепи.полипептидной цепи.

Вторичная структура Вторичная структура белкабелка

α-спираль

β-слой

- правильная пространственная организация, - правильная пространственная организация, поддерживаемая водородными связями между поддерживаемая водородными связями между

пептидными группировкамипептидными группировками

Образование водородных связей

Водородные связи в -спирали образуются между карбонильной группой (-СО) и четвертой по ходу цепи -NH-группой:

-Складчатый слой (-Складчатый слой (--конформация) конформация) имеет вид слоисто-имеет вид слоисто-

складчатой структурыскладчатой структуры

Формируется при помощи водородных связей в Формируется при помощи водородных связей в пределах отдельных участков одной полипептидной пределах отдельных участков одной полипептидной цепи или группой близкорасположенных соседних цепи или группой близкорасположенных соседних

полипептидных цепей:полипептидных цепей:

Антипараллельная -конформация Параллельная -конформация

Водородные связи

Белки, у которых вся Белки, у которых вся молекула охвачена молекула охвачена вторичной вторичной структурой, структурой, называются называются фибриллярнымифибриллярными (коллаген, кератин, (коллаген, кератин, фиброин)фиброин)

Третичная структура Третичная структура белкабелкаПространственная организация белковой молекулы, Пространственная организация белковой молекулы,

возникающая за счет, преимущественно, возникающая за счет, преимущественно, гидрофобныхгидрофобных взаимодействийвзаимодействий

Белки, имеющие Белки, имеющие третичную структуру, третичную структуру, называются называются глобулярнымиглобулярными..

Образование третичной Образование третичной структуры происходит структуры происходит в процессе в процессе фолдингафолдинга с с участием особых участием особых белков – белков – шейпероновшейперонов..

1. Электростатические взаимодействия

2. Водородные связи

3. Гидрофобные взаимодействия

4. Дисульфидные связи

5

Взаимодействия, стабилизирующие третичную

структуру

Четвертичная структура Четвертичная структура белкабелка

Структура молекулы гемоглобина, состоящей из 4-полипептидных цепей (2 цепи и 2 цепи)

- способ соединения нескольких полипептидных цепей - способ соединения нескольких полипептидных цепей (с помощью преимущественно гидрофобных связей) в (с помощью преимущественно гидрофобных связей) в функционально единый олигомерный комплексфункционально единый олигомерный комплекс

Функции белковФункции белков

1. Каталитическая1. Каталитическая2.Структурная2.Структурная3. Регуляторная3. Регуляторная4. Защитная4. Защитная5. Транспортная5. Транспортная6. Сократительная (двигательная)6. Сократительная (двигательная)7. Рецепторная7. Рецепторная8. Дыхательная8. Дыхательная9. Энергетическая9. Энергетическая10. Когенетическая10. Когенетическая