Структура белков и их функции в живом организме
История исследования структуры белков. Аминокислотный состав белка, его химические свойства. Характеристика структурной организации белковой молекулы: первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры. Основные функции белков в живом организме.
Рубрика | Биология и естествознание |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 16.05.2017 |
Размер файла | 702,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
План
1. История исследования
2. Аминокислотный состав белка
2.1 Модифицированные аминокислоты, присутствующие в белках
2.2 Кислотно - основные свойства
3. Структурная организация белков
4. Классификация белков
5. Строение белковых молекул
5.1 Первичная структура
5.2 Вторичная структура
5.3 Третичная структура
5.4 Четвертичная структура
6. Функции белков в живом организме
1. История исследования
Белок попал в число объектов химических исследований 250 лет тому назад. В 1728 году итальянский ученый Якопо Бартоломео Беккари получил из пшеничной муки первый препарат белкового вещества - клейковины. Он подверг клейковину сухой перегонке и убедился, что продукты такой перегонки были щелочными. Это было первое доказательство единства природы веществ растительного и животного царств. Он опубликовал результаты своей работы в 1745 году, и это была первая статья о белке.
В XVIII - начале XIX веков неоднократно описывали белковые вещества растительного и животного происхождения. Особенностью таких описаний было сближение этих веществ и сопоставление их с веществами неорганическими.
Важно отметить, что в это время, еще до появления элементного анализа, сложилось представление о том, что белки из различных источников - это группа близких по общим свойствам индивидуальных веществ.
В 1810 году Жозеф Гей-Люссакк и Луи Тенар впервые определили элементный состав белковых веществ. В 1833 году Ж. Гей-Люссак доказал, что в белках обязательно присутствует азот, а вскоре было показано, что содержание азота в различных белках приблизительно одинаково. В это же время английский химик Джон Дальтон попытался изобразить первые формулы белковых веществ. Он представлял их довольно просто устроенными веществами, но чтобы подчеркнуть их индивидуальное различие при одинаковом составе, он прибег к изображению молекул, которые бы сейчас назвали изомерными. Однако понятия изомерии во времена Дальтона еще не было.
Одной из самых распространенных теорий доструктурной органической химии была теория радикалов - неизменных компонентов родственных веществ. В 1836 году голландец Г. Мульдер высказал предположение о том, что все белки содержат один и тот же радикал, который он назвал протеином (от греческого слова "первенствую", "занимаю первое место").
В середине XIX века были разработаны многочисленные методы экстракции белков, очистки и выделения их в растворах нейтральных солей. В 1847 году К. Рейхерт открыл способность белков образовывать кристаллы. В 1836 году Т. Шванн открыл пепсин - фермент, расщепляющий белки. В 1856 году Л. Корвизар открыл еще один подобный фермент - трипсин. Изучая действие этих ферментов на белки, биохимики пытались разгадать тайну пищеварения. Однако наибольшее внимание привлекли вещества, получающиеся в результате действия на белки протеолитических ферментов (протеаз, к ним относятся вышеприведенные ферменты): одни из них были фрагментами исходных молекул белка (их назвали пептонами), другие же не подвергались дальнейшему расщеплению протеазами и относились к известному еще с начала века классу соединений - аминокислот (первое аминокислотное производное - амид аспарагин был открыт в 1806 году, а первая аминокислота - цистин в 1810). Аминокислоты в составе белков впервые обнаружил в 1820 году французский химик Анри Браконно. Он применил кислотный гидролиз белка и в гидролизате обнаружил сладковатое вещество, названное им глицином. В 1839 году было доказано существование в составе белков лейцина, а в 1849 году Ф. Бопп выделил из белка еще одну аминокислоту - тирозин.
К концу 80-х гг. XIX века из белковых гидролизатов было выделено уже 19 аминокислот и стало медленно укрепляться мнение, что сведения о продуктах гидролиза белков несут важную информацию о строении белковой молекулы. Тем не менее, аминокислоты считались обязательным, но неглавным компонентом белка.
Немецким химиком Э. Фишер была разработана пептидная теория, получившая общее признание во всем мире. Немаловажно, что Фишер построил план исследования, резко отличающийся от того, что предпринималось раньше, однако учитывающий все известные на тот момент факты. Прежде всего, он принял, как наиболее вероятную гипотезу о том, что белки построены из аминокислот, соединенных амидной связью:
Амидная связь по представлению Фишера
Такой тип связи Фишер назвал (по аналогии с пептонами) пептидной. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Доказывая пептидный тип соединения аминокислотных остатков. Э. Фишер исходил из следующих наблюдений. Во-первых, и при гидролизе белков, и при их ферментативном разложении образовывались различные аминокислоты. Другие соединения было чрезвычайно трудно описать а еще труднее получить. Кроме того Фишеру было известно, что у белков не наблюдается преобладания ни кислотных, ни основных свойств, значит, рассуждал он, амино- и карбоксильные группы в составе аминокислот в белковых молекулах замыкаются и как бы маскируют друг друга (амфотерность белков, как сказали бы сейчас).
Решение проблемы строения белка Фишер разделил, сведя ее к следующим положениям:
1) Качественное и количественное определение продуктов полного гидролиза белков.
2) Установление строения этих конечных продуктов.
3) Синтез полимеров аминокислот с соединениями амидного (пептидного) типа.
4) Сравнение полученных таким образом соединений с природными белками.
В дальнейшем пептидная теория Фишера была многочисленно пересмотрена и дополнена.
2. Аминокислотный состав белка
Общие структурные особенности
Белки являются полимерными молекулами, мономерами которых являются аминокислоты. Общее число встречающихся в природе аминокислот достигает 100, однако некоторые из них обнаружены лишь в определенном сообществе организмов или даже в одном их виде. Нами известно 20 б-аминокислот , постоянно встречающихся во всех белках. Но все они обладают общей структурной особенностью - наличием амино- и карбоксильной групп, соединенных с одним и тем же б-углеродным атомом. R - радикал аминокислот - в простейшем случае представлен атомом водорода (глицин), но может иметь и более сложное строение.
Общая структурная формула б-аминокислот
б-аминокислоты - кристаллические вещества, растворимые в воде. Многие из них обладают сладким вкусом. Это свойство нашло отражение в названии первого гомолога в ряду б-аминокислот - глицина, явившегося также первой б-аминокислотой, обнаруженной в природном материале.
Первой открытой аминокислотой был аспаргин, выделенный из сока спаржи (asparagus).
В водных растворах при нейтральном значении pH б-аминокислоты существуют в виде биполярных ионов.
В отличие от 19 остальных б-аминокислот, пролин - это единственная аминокислота, радикал которой связан как с б-углеродным атомом , так и с аминогруппой, в результате чего молекула приобретает циклическую структуру. Особенно богат пролином основной белок соединительной ткани -- коллаген. В составе коллагена пролин, чередуясь с гидроксипролином способствует созданию стабильной трёхспиральной структуры коллагена, придающей молекуле прочность.
19 из 20 аминокислот содержат в б-положении асимитричный атом углерода, с которым связаны 4 разные замещающие группы. В результате эти аминокислоты в природе могут находиться в двух разных изомерных формах - L иD. Исключение составляет глицин, который не имеет ассиметричного б-углеродного атома, так как его радикал представлен только атомом водорода. В составе белков присутствуют только L-изомеры аминокислот.
Чистые L- или D-стереоизомеры могут за длительный срок самопроизвольно и неферментативно превращаться в эквимолярнуюсмесь L- и D- изомеров. Это процесс называют рацемизацией. Рацемизация каждой L-аминокислоты при данной температуре идет с определенной скоростью. Это обстоятельство можно использовать для установления возоаста людей и животных. Так, в твердой эмали зубов имеется белок дентин, в котором L-аспартат переходит в D-изомер при температуре тела человека со скоростью 0,01» в год. В период формирования зубов в дентине содержится только L-изомер, поэтому по содержанию D-аспартата можно рассчитать возраст обследуемого.
В медико-биологическом значении, б-аминокислоты участвуют в азотистом обмене, многие из них используются в качестве лекарственных средств. К примеру, глицин улучшает метаболические процессы в тканях мозга, оказывает положительное действие при мышечной дистрофии. Глутаминовая кислота применяется для лечения заболеваний центральной нервной системы, метионин и гистидин - лечения и предупреждения заболеваний печени, цистеин - глазных болезней.
2.1 Модифицированные аминокислоты присутствующие в белках
Непосредственно в синтезе белков организма человека принимают участие только 20 аминокислот. Однако в некоторых белках имеются нестандартные модифицированный аминокислоты - производственные одной из этих 20 аминокислот. Например, в молекуле коллагена (фибриллярного белка межклеточного матрикса) присутствуют гидроксипроизводные лизина и пролина - 5-гидроксилизин и4-гидроксипролин. Модификация аминокислотных остатков осуществляется уже в составе белков, т.е только после окончания синтеза.
Введение дополнительных функциональных групп в структуру аминокислот придает белкам свойства, необходимые для выполнения ими специфических функций. Так, г-карбоксиглутаминовая кислота входит в состав белков, участвующих в свёртывании крови, и две близко лежащие карбоксильные группы в их структуре необходимы для связывания белковых факторов с ионами Ca2+. Нарушение карбоксилирования глутамата приводит к снижению свёртываемости крови.
2.2 Кислотно - основные свойства
Амфотерность б-аминокислот обусловлена наличием в их молекулах функциональных групп кислотного (COOH) и основного (NH2) характера. Поэтому б-аминокислоты образуют соли как с щелочами, так и с кислотами.
С катионами тяжелых металлов б-аминокислот, как бифункциональные соединения, образуют внутрикомплексные соли.
В твердом состоянии б-аминокислоты существуют в виде диполярных ионов; в водном растворе - в виде равновесной смеси диполярного иона, катионной и анионной форм (обычно используемая запись строения б-аминокислоты в неионизированном виде служит лишь для удобства). Положение равновесия зависит от pHсреды. Общим для всех б-аминокислот является преобладание катионных форм в сильнокислых (pH 1-2) и анионных - в сильнощелочных (pH13-14) средах.
Зависимость положения равновесия в б-аминокислотах от pH стреды.
Ионное строение обуславливает некоторые особенности: высокую температуру плавления (выше 200 оС), нелетучесть, растворимость в воде и нерастворимость в неполярных органических растворителях. Способность б-аминокислот растворяться в воде является важным фактором обеспечения их биологического функционирования - с ней связаны всасываемость б-аминокислот, их транспорт в организме и т.п.
В организме основные б-аминокислоты находятся в виде катионов, т.е. у них протонированы обе аминогруппы.
Содержащиеся в радикалах б-аминокислот другие ионогенные группы способны к ионизации при различных значения pH. Например, фенольная гидроксильная группа в тирозине ионизирована при pH 10,1; тиольная группа в цистеине - при pH8,1 - 8,3 и т.д. В целом ни одна б-аминокислота внутри организма не находится в своей изоэлектрической точке и не попадает в состояние, отвечающее наименьшей растворимости в воде, т.е. б-аминокислоты в организме находятся в ионной форме.
Кислотно-основные свойства б-аминокислот обуславливают их разделение и идентификацию методом ионообменной хроматографии.
белок аминокислотный структура
3. Структурная организация белков
Выяснение структурной организации белков считается одной из главных проблем современной биохимии. Оно имеет важное научно-практическое значение для понимания огромного разнообразия функций белков, выполняемых ими в живых организмах. Белковые молекулы представляют собой продукт полимеризации 20 различных мономерных молекул (аминокислот), соединенных не хаотично, а в строгом соответствии с кодом белкового синтеза. Вопрос о том, каким образом соединяются между собой многие десятки и сотни аминокислот в белковой молекуле, был предметом пристального внимания многих лабораторий мира, занимавшихся химией белка.
Впервые А.Я. Данилевский (1888), изучая биуретовую реакцию, высказал предположение о существовании во всех белковых веществах одинаковых групп атомов и связей, аналогичных биурету
NH2-СО-NH-СО-NH2. Тем самым А.Я. Данилевский первый указал на связь
-NH-СО- (позднее получившую название пептидной связи) как на наиболее вероятный способ соединения аминокислот в белковой молекуле.
Однако только Э. Фишер сформулировал полипептидную теорию строения. Согласно этой теории, белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями, возникающими при взаимодействии б-карбоксильных СООН- и б-NН2-групп аминокислот. На примере взаимодействия аланина и глицина образование пептидной связи и дипептида (с выделением молекулы воды) можно представить следующим уравнением:
Аналогичным способом к дипептиду могут присоединяться и другие аминокислоты с образованием три-, тетра-, пентапептида и т.д. вплоть до крупной молекулы полипептида (белка). Наименование пептидов складывается из названия первой N-концевой аминокислоты со свободнойNH2-группой (с окончанием -ил, типичным для ацилов), названий последующих аминокислот (также с окончаниями -ил) и полного названия С-концевой аминокислоты со свободной СООН-группой. Например, пентапептид из 5 аминокислот может быть обозначен полным наименованием: глицил-аланил-серил-цистеинил-аланин, или сокращенно Гли-Ала-Сер-Цис-Ала.
Химический синтез полипептидов и современные физико-химические методы исследования белков полностью подтвердили существование пептидных связей в структуре белка. Получены следующие экспериментальные доказательства полипептидной теории строения белка.
1. В природных белках сравнительно мало титруемых свободных СООН- и NH2-групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии, участвуя в образовании пептидных связей; титрованию доступны в основном свободные СООН- и NН2-группы у N- и С-концевых аминокислот пептида.
2. В процессе кислотного или щелочного гидролиза белка образуются стехиометрические количества титруемых СООН- и NH2-групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей.
3. Под действием протеолитических ферментов (протеиназ) белки расщепляются на строго определенные фрагменты, называемые пептидами, с концевыми аминокислотами, соответствующими избирательности действия протеиназ. Структура некоторых таких фрагментов неполного гидролиза доказана последующим химическим их синтезом.
4. Биуретовую реакцию (сине-фиолетовое окрашивание в присутствии раствора сульфата меди в щелочной среде) дают как биурет, содержащий пептидную связь, так и белки, что также является доказательством наличия в белках аналогичных связей.
5. Анализ рентгенограмм кристаллов белков подтверждает полипептидную структуру белков. Таким образом, рентгеноструктурный анализ при разрешении 0,15-0,2 нм позволяет не только вычислить межатомные расстояния и размеры валентных углов между атомами С, Н, О и N, но и «увидеть» картину общего расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи и пространственную ее ориентацию (конформацию).
6. Существенным подтверждением полипептидной теории строения белка является возможность синтеза чисто химическими методами полипептидов и белков с уже известным строением: инсулина - 51 аминокислотный остаток, лизоцима - 129 аминокислотных остатков, рибонуклеазы - 124 аминокислотных остатка .
Синтезированные белки обладали аналогичными природным белкам физико-химическими свойствами и биологической активностью.
Полипептидная теория строения не отрицает существования в молекуле белка и других связей, включая ковалентные (например, дисульфидные --S--S-связи) и нековалентные (например, водородные связи и др.). Они будут рассмотрены далее.
Пептидные связи играют исключительную роль как в «архитектуре», так и в функции белков. Поэтому следует указать на некоторые особенности строения полипептидной цепи. Во-первых, это своеобразие расположения атомов углерода и азота, находящихся примерно в одной плоскости, и атомов водорода и радикалов, направленных к этой плоскости под углом 109°28'. Во-вторых, это своеобразие петидной связи. Расстояние между атомами С и N в пептидной связи (равное 0,132 нм) является промежуточным между простой (ординарной) связью (связь --С--N--, равная 0,147 нм) и двойной связью (связь --C=N--, равная 0,125 нм). Это создает предпосылки для осуществления по месту двойной связи таутомерных перегруппировок и для образования енольной (лактимной) формы. Последняя в свою очередь дает молекуле белка ряд преимуществ (повышение реакционной способности, возникновение дополнительных возможностей вращения и др:
Наконец, следует указать на своеобразие радикалов, которые являются полифункциональными, несущими свободные NH2-, СООН-, ОН-, SH-группы и, как было указано, определяют структуру (пространственную) и многообразие функций молекул белка. Взаимодействуя с окружающими молекулами растворителя (Н2О), функциональные группы (в частности, NH2- и СООН-группы) ионизируются, что приводит к образованию анионных и катионных центров белковой молекулы. В зависимости от соотношения ионов молекулы белка получают суммарный положительный (+) или отрицательный (-) заряд с определенным значением изоэлектрической точки.
Получены доказательства предположения К. Линдерстрёма-Ланга о существовании 4 уровней структурной организации белковой молекулы: первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры. Техника современной белковой химии разработана настолько хорошо, что позволяет в принципе расшифровать структурную организацию любого белка.
К настоящему времени расшифрована первичная структура десятков тысяч разных белков, что является несомненным достижением биохимии. Однако это число ничтожно мало, если учесть, что в природе около 1012 разнообразных белков. Под первичной структурой подразумевают порядок, последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Зная первичную структуру, местоположение каждого остатка аминокислоты, можно точно написать структурную формулу белковой молекулы, если она представлена одной полипептидной цепью. Если в состав белка входит несколько полипептидных цепей, объединенных в одну белковую молекулу посредством дисульфидных связей и нековалент-ных взаимодействий, или если одна полипептидная цепь содержит внутренние дисульфидные связи, то задача определения первичной структуры несколько осложняется, так как необходимо предварительное разъединение этих цепей и связей. Разъединение таких полипептидных цепей производят с помощью денатурирующих агентов (растворы 8М мочевины или 6М гуанидингидрохлорида), разрывающих нековалентные связи. Дисульфид-ные связи разрушают путем окисления или восстановления (надмуравьиной кислотой или в-меркаптоэтанолом соответственно), при этом образуются свободные полипептиды, содержащие или остатки цистеиновой кислоты, или цистеина:
Для определения первичной структуры отдельной, химически гомогенной полипептидной цепи в первую очередь методами гидролиза выясняют аминокислотный состав, точнее, соотношение каждой из 20 аминокислот в образце гомогенного полипептида. Затем приступают к определению химической природы концевых аминокислот полипептидной цепи, содержащей одну свободную NH2-группу и одну свободную СООН-группу.
4. Классификация белков
Белки входят в состав всех живых организмов, но особо важную роль они играют в животных организмах, которые состоят главным образом из тех или иных форм белков. Мышцы, покровные ткани, внутренние органы, хрящи, кровь - все это белковые вещества.
Растения синтезируют белки и аминокислоты из CO2 и H2O за счет фотосинтеза, усваивая остальные элементы белков (N,P,S,Fe,Mg) из растворимых солей, находящихся в почве. В последние годы доказано, что растения могут усваивать и непосредственно азот атмосферы. Животные организмы в основном получают готовые аминокислоты с пищей и на их базе строят белки своего организма. Ряд аминокислот, называемых заменимыми, может синтезироваться непосредственно животными организмами.
Белки представляют собой биополимеры б-аминокислот. Если при гидролизе белкового вещества распадаются в итоге до б-аминокислот, то мы имеем дело с простыми белками - протеинами. Но существуют и сложные белки, или протеиды, в состав которых входят остатки соединений, принадлежащих к другим классам органических и неорганических веществ.
По ряду характерных свойств протеины можно разделить на несколько подгрупп.
1. Альбумины |
Альбумины растворимы в воде, свертываются при нагревании, нейтральны, сравнительно трудно осаждаются растворами солей. Примерами их могут служить альбумин белка куриного яйца, альбумин кровяной сыворотки, альбумин мышечной ткани, молочный альбумин. |
|
2. Глобулины |
Нерастворимы в воде, но растворяются в очень слабых растворах солей. Более концентрированными растворами солей они вновь осаждаются; осаждение происходит при меньшей концентрации, чем необходимая для осаждения альбуминов. Эти белки являются очень слабыми кислотами. Примерами глобулинов могут служить фибриноген, глобулин мышечной ткани, глобулин кровяной сыворотки, глобулин белка куриного яйца. из глобулинов состоят и многие растительные белки. |
|
3. Гистоны |
Белки основного характера. Содержатся в нуклеопротеидах лейкоцитов и красных кровяных шариков |
|
4. Протамины |
Не содержат серы, обладают сравнительно сильными основными свойствами, дают кристаллические соли. |
|
5. Проламины |
Содержатся в зернах различных хлебных злаков. Замечательной их особенностью является растворимость в 80%-ном спирте. Представителем этих белков может служить глиадин, составляющий главную часть клейковины. |
|
6. Склеропротеины |
Склеропротеины - это нерастворимые белки, из которых сосоят наружные покровы тел животных, они содержатся также в скелете и в соединительной ткани. К ним относятся кератин ,коллагены, эластин, фиброин. |
К сложным белкам протеидам относятся следующие.
1. Фосфопротеиды |
В состав фософпротеидов входит фосфорная кислота. Обладает кислотным характером. Главным представителем фосфопротеидов является казеин молока. В молоке казеин содержится в виде кальциевой соли. Из других Ф. можно отметить вителлин, входящий в состав желтка куриного яйца. |
|
2. Нуклеопротеиды |
Нуклеопротеиды содержатся в клеточных ядрах. При осторожном гидролизе они расщепляются на белки и нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты являются весьма сложными веществами, расщепляющимися при гидролизе на фосфорную кислоту, углеводы и азотосодержащие органические вещества групп пиримидина и пурина. |
|
3. Хромопротеиды. |
Представляют собой сочетание белков с окрашенными веществами. Из хромопротеидов наиболее изучен гемоглобин - красящее вещество красных кровяных шариков. Гемоглобин играет роль переносчика кислорода от легких к тканям, а также регулирует pHкрови и перенос углекислоты в организме. При соединении с CO теряет способность соединяться с O2. Этим объясняется ядовитое действие окиси углерода. |
|
4. Гликопротеиды |
Некоторые белки этой группы встречаются в слизистых выделениях животных организмов и обуславливают свойство этих выделений вытягиваться в нити даже при сравнительно большом разбавлении. Эти белки образуются в подчелюстной железе, печени, железах желудка и кишечника. Другие гликопротеиды содержатся в хрящах, яичном белке, стекловидном теле глаза и т.д. |
|
5. Липопротеиды |
При гидролизе липопротеиды распадаются на белок и растворимые в эфире жиры, лецитины и другие фосфатиды. |
5. Строение белковых молекул
Специфика строения белковых молекул обуславливается не только длинной, составом и строением входящих в молекулу полипептидных цепей, но и их пространственной ориентацией - комформаций. Данные конформации, как правило, обладают различной степенью гидратации. Подобная метастабильность обуславливает изменения, быстро и необратимо происходящие при нагревании яичного белка. Они служат наглядным примером реакций, происходящих при денатурации.
Значительное внимание уделялось исследованию возможных способов расположения пептидных цепей, приводящих к устойчивым комформациям. В 1952 Л.Полинг показал, что наиболее выгодным расположением, которое осуществляется во многих пептидах и белках, является б-спирали свернутые таким образом, что возможно образование водородных связей между амидными водородными атомами и карбонильными группами, разделенными тремя-четырьмя аминокислотными фрагментами.
Всего различают 4 уровня структурной организации белков, называемых первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами.
5.1 Первичная структура
Первичная структура представляет собой последовательность аминокислот в полипептидной цепи (рис.4). Структура каждого индивидуального белка закодирована в участке ДНК, называемом геном. В процессе синтеза белка, информация, находящаяся в гене , сначала переписывается на мРНК в качестве матрицы, на рибосоме происходит сборка первичной структуры белка.
Каждый из 50 000 индивидуальных белков организма человека имеет уникальную для данного белка первичную структуру.
Изучая порядок чередования аминокислотных остатков в индивидуальных белках и сопоставляя эти знания с особенностями пространственного расположения молекулы, можно выявить общие фундаментальные закономерности формирования пространственной структуры белков.
5.2 Вторичная структура
Вторичной структурой белка называют пространственную структуру, образующуюся в результате взаимодействий между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова. При этом пептидные цепи могут приобретать регулярные структуры двух типов: б-спирали и в-структура
Под б-спиралью понимают структуру, в которой пептидный остов закручивается в виде спирали за счёт образрвания водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами азота аминогрупп, входящих в состав пептидных групп через 4 аминокислотных остатка.
б-Спираль наиболее устойчивая комформация пептидного остова, это обусловлено наличием множества водородных связей, «стягивающих» б-спираль.
Под в-структурой понимают фигуру, подобную листу, сложенному «гармошкой». Фигура формируется за счет образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи, делающей изгибы, или между разными полипептидными группами.
В отличие от б-спиралей, разрыв водородных связей, формирующих в-структуры, не вызывает удлинения данных участков полипептидных цепей.
Как б-спираль так и в-структуры обнаружены в глобулярных и фибриллярных белках.
5.3 Третичная структура
Третичная структура белка представляет собой трехмерную пространственную структуру, образующаяся за счёт взаимодействий между радикалами аминокислот, которые могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга в полипептидной цепи (рис.7.).
Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль.
При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.
5.4 Четвертичная структура белка
Четвертичной структурой называют взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса
.
Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.
6. Функции белков в живых организмах
Функции белков в организме разнообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков.
Белки - незаменимый строительный материал.
Функция |
Примеры и пояснения |
|
Строительная |
Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран (липопротеины, гликопротеины), волос (кератин), сухожилий (коллаген) и т.д. |
|
Транспортная |
Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ; в состав клеточных мембран входят особые белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки во внешнюю среду и обратно. |
|
Регуляторная |
Гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ. Например, гормон инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, способствует синтезу гликогена, увеличивает образование жиров из углеводов. |
|
Защитная |
В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки -- антитела, способные связывать и обезвреживать их. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений. |
|
Двигательная |
Сократительные белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц у многоклеточных животных. |
|
Сигнальная |
В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды, таким образом осуществляя прием сигналов из внешней среды и передачу команд в клетку. |
|
Запасающая |
В организме животных белки, как правило, не запасаются, исключение: альбумин яиц, казеин молока. Но благодаря белкам в организме могут откладываться про запас некоторые вещества, например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется, образуя комплекс с белком ферритином. |
|
Энергетическая |
При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Сначала белки распадаются до аминокислот, а затем до конечных продуктов -- воды, углекислого газа и аммиака. Однако в качестве источника энергии белки используются только тогда, когда другие источники (углеводы и жиры) израсходованы. |
|
Каталитическая |
Одна из важнейших функций белков. Обеспечивается белками -- ферментами, которые ускоряют биохимические реакции, происходящие в клетках. Например, рибулезобифосфаткарбоксилаза катализирует фиксацию СО2 при фотосинтезе. |
Заключение
Белки по праву можно назвать основой жизни всех организмов. Так как без них нормальное функционирование любого организма невозможно. Все многочисленные функции организма напрямую зависят от них.
Без белков или их составных частей - аминокислот - не может быть обеспечено воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей, а также образование ряда важнейших веществ, как, например, ферментов и гормонов.
Белки - основная и необходимая часть всех организмов. Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения, они неразрывно связаны с активными биологическими функциями. Если исключить из рациона питания белковую пищу, то организм начнет слабеть, и при длительном отсутствии белковой пищи погибнет.
Фридрих Энгельс дал следующее определение жизни : «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка.»
Список литературы
1. В.М. Органическая Химия // М.: Просвещение, 1976. - 376 с.
2. Гранденберг И.И. Органическая химия // М.: Высшая школа, 1987. - 480 с.
3. Мамонтов С.Г. Биология для поступающих в вузы // М.: Дрофа,1997. - 477 с.
4. Северин Е.С. Биохимия // М.:ГЭОТАР - МЕД , 2004. - 784 с.
5. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая Химия // М.: Дрофа, 2006. - 542 с.
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Белки
7. http://belok-s.narod.ru
8. http://xumuk.ru
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие белков как высокомолекулярных природных соединений (биополимеров), состоящих из остатков аминокислот, которые соединены пептидной связью. Функции и значение белков в организме человека, их превращение и структура: первичная, вторичная, третичная.
презентация [564,0 K], добавлен 07.04.2014Белки - высокомолекулярные органические соединения, их аминокислотный состав. Определение свойств белков их составом и структурой белковой молекулы. Характеристика основных функций белков. Органоиды клетки и их функции. Клеточное дыхание и его строение.
контрольная работа [22,5 K], добавлен 24.06.2012Понятие и структура белков, аминокислоты как их мономеры. Классификация и разновидности аминокислот, характер пептидной связи. Уровни организации белковой молекулы. Химические и физические свойства белков, методы их анализа и выполняемые функции.
презентация [5,0 M], добавлен 14.04.2014Физические и химические свойства, цветные реакции белков. Состав и строение, функции белков в клетке. Уровни структуры белков. Гидролиз белков, их транспортная и защитная роль. Белок как строительный материал клетки, его энергетическая ценность.
реферат [271,2 K], добавлен 18.06.2010Белки как источники питания, их основные функции. Аминокислоты, участвующие в создании белков. Строение полипептидной цепи. Превращения белков в организме. Полноценные и неполноценные белки. Структура белка, химические свойства, качественные реакции.
презентация [896,5 K], добавлен 04.07.2015Физические, биологические и химические свойства белков. Синтез и анализ белков. Определение первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры белков. Денатурация, выделение и очистка белков. Использование белков в промышленности и медицине.
реферат [296,5 K], добавлен 10.06.2015Белки как класс биологических полимеров, присутствующих в каждом живом организме, оценка их роли и значения в процессе жизнедеятельности. Строение и основные элементы белков, их разновидности и функциональные особенности. Нарушение белкового обмена.
презентация [980,5 K], добавлен 11.03.2013Аминокислотный состав белков в организмах, роль генетического кода. Комбинации из 20 стандартных аминокислот. Выделение белков в отдельный класс биологических молекул. Гидрофильные и гидрофобные белки. Принцип построения белков, уровень их организации.
творческая работа [765,3 K], добавлен 08.11.2009Белки (протеины) – высоко молекулярные, азотосодержащие природные органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот. Строение белков. Классификация белков. Физико-химические свойства белков. Биологические функции белков. Фермент.
реферат [4,0 M], добавлен 15.05.2007История исследования белков. Белки: строение, классификация, обмен. Биосинтез белка. Функции белков в организме. Роль в жизнедеятельности организма. Высокомолекулярные органические соединения. Болезни, связанные с нарушением выработки ферментов.
реферат [29,2 K], добавлен 05.10.2006Основные элементы и химический состав мышечной ткани. Виды белков саркоплазмы и миофибрилл, их содержание к общему количеству белков, молекулярная масса, распределение в структурных элементах мышцы. Их функции и роль организме. Строение молекулы миозина.
презентация [368,2 K], добавлен 14.12.2014Результат расщепления и функции белков, жиров и углеводов. Состав белков и их содержание в пищевых продуктах. Механизмы регулирования белкового и жирового обмена. Роль углеводов в организме. Соотношение белков, жиров и углеводов в полноценном рационе.
презентация [23,8 M], добавлен 28.11.2013Роль и значение белков, жиров и углеводов для нормального протекания всех жизненно важных процессов. Состав, структура и ключевые свойства белков, жиров и углеводов, их важнейшие задачи и функции в организме. Основные источники данных пищевых веществ.
презентация [322,6 K], добавлен 11.04.2013Физические методы исследования строения белков. Зависимость биологической активности белков от их первичной структуры. Уравнение реакции переаминирования гистидина и глиоксиловой кислоты. Биологически активные производные гормона адреналина, их биосинтез.
контрольная работа [172,9 K], добавлен 10.07.2011Строение, состав и физиологическая роль отдельных органелл клетки. Классификация белков по степени сложности. Состояние воды в живых тканях, ее функции. Полисахариды морских водорослей: состав, строение. Биологическая роль и классификация липидов.
контрольная работа [1014,7 K], добавлен 04.08.2015Первичная структура полинуклеотидов. Вторичная и третичная структуры ДНК. Типы РНК и их биологические функции. Физико-химические свойства ДНК. Структура и физико-химические свойства РНК. Определение нуклеозидфосфатов методом тонкослойной хроматографии.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.03.2011Электрофоретическая подвижность белка, влияющие факторов и условия электрофореза. Сущность метода полного разделения сложной смеси белков. Извлечение белков из геля после электрофореза. Гели агарозы и их применения. Влияние вторичной структуры ДНК.
реферат [37,9 K], добавлен 11.12.2009Обмен белков, липидов и углеводов. Типы питания человека: всеядность, раздельное и низкоуглеводное питание, вегетарианство, сыроедение. Роль белков в обмене веществ. Недостаток жиров в организме. Изменения в организме в результате изменения типа питания.
курсовая работа [33,5 K], добавлен 02.02.2014Механизмы функционирования живых систем. Разработка новых биотехнологических ферментов. Решение парадокса Левинталя. Сложности моделирования белков. Методы моделирования пространственной структуры белка. Ограничения сопоставительного моделирования.
реферат [25,6 K], добавлен 28.03.2012Биологическая роль воды. Функции минеральных солей. Простые и сложные липиды. Уровни организации белков. Строительная, энергетическая, запасающая и регуляторная функции липидов. Структурная, каталитическая, двигательная, транспортная функции белков.
презентация [383,4 K], добавлен 21.05.2015