Razine organizacije i funkcije proteina. Proteini: primarna struktura proteina, shema nastanka tripeptida. Transkripcija se kod eukariota događa u

Dokazano je postojanje 4 razine strukturne organizacije proteinske molekule.

Primarna struktura proteina– redoslijed rasporeda aminokiselinskih ostataka u polipeptidnom lancu. U proteinima su pojedine aminokiseline međusobno povezane peptidne veze, koji nastaje interakcijom a-karboksilnih i a-amino skupina aminokiselina.

Do danas je dešifrirana primarna struktura desetaka tisuća različitih proteina. Za određivanje primarne strukture proteina, aminokiselinski sastav određuje se metodama hidrolize. Zatim se određuje kemijska priroda terminalnih aminokiselina. Sljedeći korak je određivanje slijeda aminokiselina u polipeptidnom lancu. U tu svrhu koristi se selektivna djelomična (kemijska i enzimska) hidroliza. Moguće je koristiti analizu rendgenske difrakcije, kao i podatke o komplementarnom nukleotidnom slijedu DNA.

Sekundarna struktura proteina– konfiguracija polipeptidnog lanca, tj. metoda pakiranja polipeptidnog lanca u specifičnu konformaciju. Taj se proces ne odvija kaotično, već u skladu s programom ugrađenim u primarnu strukturu.

Stabilnost sekundarne strukture osiguravaju uglavnom vodikove veze, ali kovalentne veze - peptidne i disulfidne - daju određeni doprinos.

Razmatra se najvjerojatniji tip strukture globularnih proteina a-zavojnica. Uvijanje polipeptidnog lanca događa se u smjeru kazaljke na satu. Svaki protein karakterizira određeni stupanj spiralizacije. Ako su lanci hemoglobina 75% spiralni, onda je pepsin samo 30%.

Naziva se tip konfiguracije polipeptidnih lanaca koji se nalaze u proteinima kose, svile i mišića b-strukture. Segmenti peptidnog lanca raspoređeni su u jednom sloju, tvoreći figuru sličnu plahti presavijenoj u harmoniku. Sloj se može formirati od dva ili više peptidnih lanaca.

U prirodi postoje proteini čija struktura ne odgovara ni β- ni a-strukturi, npr. kolagen je fibrilarni protein koji čini glavninu vezivnog tkiva u ljudskom i životinjskom tijelu.

Tercijarna struktura proteina– prostorna orijentacija polipeptidne spirale ili način na koji je polipeptidni lanac položen u određenom volumenu. Prvi protein čija je tercijarna struktura razjašnjena rendgenskom difrakcijskom analizom bio je mioglobin kita sjemena (slika 2).

U stabilizaciji prostorne strukture proteina, osim kovalentnih veza, glavnu ulogu imaju nekovalentne veze (vodikove, elektrostatske interakcije nabijenih skupina, međumolekularne van der Waalsove sile, hidrofobne interakcije i dr.).

Prema suvremenim konceptima, tercijarna struktura proteina, nakon završetka njegove sinteze, formira se spontano. Glavna pokretačka snaga je interakcija radikala aminokiselina s molekulama vode. U ovom slučaju, nepolarni hidrofobni radikali aminokiselina uronjeni su unutar proteinske molekule, a polarni radikali su usmjereni prema vodi. Proces nastanka nativne prostorne strukture polipeptidnog lanca naziva se preklapanje. Proteini tzv pratioci. Sudjeluju u savijanju. Opisan je niz nasljednih bolesti čovjeka čiji je razvoj povezan s poremećajima uslijed mutacija u procesu savijanja (pigmentoza, fibroza i dr.).

Metodama rendgenske difrakcijske analize dokazano je postojanje razina strukturne organizacije proteinske molekule, srednjih između sekundarne i tercijarne strukture. Domena je kompaktna globularna strukturna jedinica unutar polipeptidnog lanca (slika 3). Otkriveni su mnogi proteini (na primjer, imunoglobulini), koji se sastoje od domena različite strukture i funkcija, kodiranih različitim genima.

Sva biološka svojstva proteina povezana su s očuvanjem njihove tercijarne strukture, koja se naziva domaći. Proteinska globula nije apsolutno kruta struktura: moguća su reverzibilna kretanja dijelova peptidnog lanca. Ove promjene ne remete ukupnu konformaciju molekule. Na konformaciju proteinske molekule utječu pH okoline, ionska jakost otopine i interakcija s drugim tvarima. Svi utjecaji koji dovode do poremećaja prirodne konformacije molekule popraćeni su djelomičnim ili potpunim gubitkom bioloških svojstava proteina.

Kvartarna struktura proteina- način polaganja u prostoru pojedinačnih polipeptidnih lanaca koji imaju istu ili različitu primarnu, sekundarnu ili tercijarnu strukturu, te stvaranje strukturno i funkcionalno jedinstvene makromolekularne tvorevine.

Molekula proteina koja se sastoji od nekoliko polipeptidnih lanaca naziva se oligomer, i svaki lanac uključen u njega - protomer. Oligomerni proteini često su građeni od parnog broja protomera; na primjer, molekula hemoglobina sastoji se od dva a- i dva b-polipeptidna lanca (slika 4).

Oko 5% proteina ima kvaternarnu strukturu, uključujući hemoglobin i imunoglobuline. Struktura podjedinice karakteristična je za mnoge enzime.

Proteinske molekule koje čine protein s kvaternarnom strukturom nastaju odvojeno na ribosomima i tek nakon završetka sinteze tvore zajedničku supramolekularnu strukturu. Protein stječe biološku aktivnost tek kada se spoje njegovi sastavni protomeri. U stabilizaciji kvartarne strukture sudjeluju isti tipovi interakcija kao iu stabilizaciji tercijarne.

Neki istraživači prepoznaju postojanje pete razine strukturne organizacije proteina. Ovaj metaboloni - polifunkcionalni makromolekularni kompleksi različitih enzima koji kataliziraju cijeli put transformacije supstrata (sintetaze viših masnih kiselina, kompleks piruvat dehidrogenaze, dišni lanac).

Jedna od značajki proteina je njihova složena strukturna organizacija. Svi proteini imaju primarnu, sekundarnu i tercijarnu strukturu, a oni koji imaju dva ili više PCP-a imaju i kvaternarnu strukturu (QS).

Primarna struktura proteina (PSB) – ovo je redoslijed izmjene (slijed) aminokiselinskih ostataka u PPC.

Čak i proteini koji su identični po duljini i aminokiselinskom sastavu mogu biti različite tvari. Na primjer, od dvije aminokiseline možete napraviti 2 različita dipeptida:

S brojem aminokiselina jednakim 20, broj mogućih kombinacija je 210 18. A ako uzmemo u obzir da se u PPC-u svaka aminokiselina može pojaviti više puta, tada je broj mogućih opcija teško izbrojati.

Određivanje primarne strukture proteina (PSB).

PBP proteina može se odrediti pomoću feniltiohidantoin metoda . Ova se metoda temelji na interakcijskoj reakciji fenilizotiocijanat (FITC) s α-AA. Kao rezultat, nastaje kompleks ova dva spoja - FITZ-AK . Na primjer, razmotrite peptid kako bi se odredio njegov PBP, odnosno redoslijed aminokiselinskih ostataka.

FITC stupa u interakciju s terminalnom aminokiselinom (a). Formira se kompleks FTG-a, odvaja se od smjese i utvrđuje se identitet aminokiseline A. Na primjer, ovo - asn itd. Sve ostale aminokiseline su sekvencijalno odvojene i identificirane. Ovo je radno intenzivan proces. Određivanje PBP proteina srednje veličine traje nekoliko mjeseci.

Prioritet u dekodiranju pripada PSB-u Sengeru(1953), koji je otkrio inzulin PSB (dobitnik Nobelove nagrade). Molekula inzulina sastoji se od 2 PPC-a - A i B.

Lanac A sastoji se od 21 aminokiseline, lanac B od 30. PPC-ovi su međusobno povezani disulfidnim mostovima. Broj proteina čiji je PBP određen trenutno doseže 1500. Čak i male promjene u primarnoj strukturi mogu značajno promijeniti svojstva proteina. Eritrociti zdravih ljudi sadrže HbA - kada se zamijeni u  lancu HbA, na 6. poziciji glu na vratilo nastupi teška bolest anemija srpastih stanica, u kojem djeca rođena s ovom anomalijom umiru u ranoj dobi. S druge strane, moguće su opcije za promjenu PSB-a, koje ne utječu na njegova fizikalno-kemijska i biološka svojstva. Na primjer, HbC sadrži b-lanac na 6. poziciji umjesto glu-lys, HbC se po svojim svojstvima gotovo ne razlikuje od HbA, a ljudi koji imaju takav Hb u eritrocitima su praktički zdravi.

PSB stabilnost osiguravaju uglavnom jake kovalentne peptidne veze i, sekundarno, disulfidne veze.

Sekundarna struktura proteina (PSS).

PPC proteina su vrlo fleksibilni i poprimaju specifičnu prostornu strukturu ili konformacija. U proteinima postoje 2 razine takve konformacije - to je VSB i tercijarna struktura (TSB).

VSB – ovo je konfiguracija PPC-a, odnosno način na koji je položen ili uvijen u neku konformaciju, u skladu s programom ugrađenim u P SB.

Poznata su tri glavna tipa VSB:

1)  -spirala;

2) b-struktura(presavijeni sloj ili presavijeni list);

3) neuredno klupko.

-spirala .

Njegov model predložio je W. Pauling. Najvjerojatnije se radi o globularnim proteinima. Za svaki sustav najstabilnije stanje je ono koje odgovara minimumu slobodne energije. Za peptide ovo stanje nastaje kada su CO– i NH– skupine međusobno povezane slabom vodikovom vezom. U a -spirale NH– skupina 1. aminokiselinskog ostatka u interakciji je s CO– skupinom 4. aminokiseline. Kao rezultat toga, okosnica peptida tvori spiralu, čiji svaki zavoj sadrži 3,6 AA ostataka.

1 spiralni korak (1 zavoj) = 3,6 AA = 0,54 nm, kut elevacije – 26°

Uvijanje PPC-a događa se u smjeru kazaljke na satu, odnosno spirala ima pravo kretanje. Svakih 5 okretaja (18 AC; 2,7 nm) PPC konfiguracija se ponavlja.

Stabilizirajući VSB prvenstveno vodikovim vezama, a zatim peptidnim i disulfidnim vezama. Vodikove veze su 10-100 puta slabije od običnih kemijskih veza; no svojim velikim brojem osiguravaju stanovitu krutost i kompaktnost VSB-a. Bočni R-lanci a-heliksa okrenuti su prema van i nalaze se na suprotnim stranama njegove osi.

b -struktura .

To su presavijeni dijelovi PPC-a, u obliku lista presavijenog u harmoniku. PPC slojevi mogu biti paralelni ako oba lanca počinju s N- ili C-kraja.

Ako su susjedni lanci u sloju usmjereni suprotnim krajevima N–C i C–N, tada se nazivaju antiparalelan.

paralelno

antiparalelan

Stvaranje vodikovih veza događa se, kao u a-heliksu, između CO– i NH– skupina.

Vjeverice- organski spojevi visoke molekulske mase koji se sastoje od ostataka α-aminokiselina.

U proteinski sastav uključuje ugljik, vodik, dušik, kisik, sumpor. Neki proteini tvore komplekse s drugim molekulama koje sadrže fosfor, željezo, cink i bakar.

Proteini imaju veliku molekulsku masu: albumin jaja - 36 000, hemoglobin - 152 000, miozin - 500 000 Za usporedbu: molekulska masa alkohola je 46, octene kiseline - 60, benzena - 78.

Aminokiselinski sastav proteina

Vjeverice- neperiodični polimeri, čiji su monomeri α-aminokiseline. Obično se 20 vrsta α-aminokiselina naziva proteinskim monomerima, iako ih se više od 170 nalazi u stanicama i tkivima.

Ovisno o tome mogu li se sintetizirati aminokiseline u tijelu ljudi i drugih životinja, razlikuju se: neesencijalne aminokiseline- može se sintetizirati; esencijalne aminokiseline- ne može se sintetizirati. Esencijalne aminokiseline moraju se unijeti u tijelo hranom. Biljke sintetiziraju sve vrste aminokiselina.

Ovisno o sastavu aminokiselina, proteini su: potpuni- sadrže cijeli niz aminokiselina; neispravan- u njihovom sastavu nedostaju neke aminokiseline. Ako se proteini sastoje samo od aminokiselina, tzv jednostavan. Ako proteini osim aminokiselina sadrže i neaminokiselinsku komponentu (prostetičku skupinu), nazivaju se kompleks. Protetičku skupinu mogu predstavljati metali (metaloproteini), ugljikohidrati (glikoproteini), lipidi (lipoproteini), nukleinske kiseline (nukleoproteini).

svi sadrže aminokiseline: 1) karboksilna skupina (-COOH), 2) amino skupina (-NH 2), 3) radikal ili R-skupina (ostatak molekule). Struktura radikala je različita za različite vrste aminokiselina. Ovisno o broju amino skupina i karboksilnih skupina uključenih u sastav aminokiselina, razlikuju se: neutralne aminokiseline koji ima jednu karboksilnu skupinu i jednu amino skupinu; bazične aminokiseline koji ima više od jedne amino skupine; kisele aminokiseline koji imaju više od jedne karboksilne skupine.

Aminokiseline su amfoterni spojevi, budući da u otopini mogu djelovati i kao kiseline i kao baze. U vodenim otopinama aminokiseline postoje u različitim ionskim oblicima.

Peptidna veza

Peptidi- organske tvari koje se sastoje od aminokiselinskih ostataka povezanih peptidnim vezama.

Stvaranje peptida nastaje kao rezultat reakcije kondenzacije aminokiselina. Kada amino skupina jedne aminokiseline stupa u interakciju s karboksilnom skupinom druge, između njih nastaje kovalentna veza dušik-ugljik, tzv. peptid. Ovisno o broju aminokiselinskih ostataka uključenih u peptid, postoje dipeptidi, tripeptidi, tetrapeptidi itd. Stvaranje peptidne veze može se ponoviti mnogo puta. To dovodi do formiranja polipeptidi. Na jednom kraju peptida nalazi se slobodna amino skupina (nazvana N-kraj), a na drugom je slobodna karboksilna skupina (nazvana C-kraj).

Prostorna organizacija proteinskih molekula

Izvođenje određenih specifičnih funkcija proteina ovisi o prostornoj konfiguraciji njihovih molekula, osim toga, energetski je nepovoljno za stanicu držati proteine ​​u nesvijenom obliku, u obliku lanca, stoga se polipeptidni lanci podvrgavaju savijanju, dobivajući određena trodimenzionalna struktura ili konformacija. Postoje 4 razine prostorna organizacija proteina.

Primarna struktura proteina- redoslijed rasporeda aminokiselinskih ostataka u polipeptidnom lancu koji čini proteinsku molekulu. Veza između aminokiselina je peptidna veza.

Ako se proteinska molekula sastoji od samo 10 aminokiselinskih ostataka, tada je broj teoretski mogućih varijanti proteinskih molekula koje se razlikuju po redoslijedu izmjene aminokiselina 10 20. Budući da ima 20 aminokiselina, od njih možete napraviti još raznovrsnije kombinacije. U ljudskom tijelu pronađeno je oko deset tisuća različitih bjelančevina koje se razlikuju kako međusobno tako i od bjelančevina drugih organizama.

Primarna struktura proteinske molekule određuje svojstva proteinske molekule i njenu prostornu konfiguraciju. Zamjena samo jedne aminokiseline drugom u polipeptidnom lancu dovodi do promjene svojstava i funkcija proteina. Na primjer, zamjena šeste glutaminske aminokiseline u β-podjedinici hemoglobina s valinom dovodi do činjenice da molekula hemoglobina u cjelini ne može obavljati svoju glavnu funkciju - transport kisika; U takvim slučajevima osoba razvije bolest koja se zove anemija srpastih stanica.

Sekundarna struktura- uređeno savijanje polipeptidnog lanca u spiralu (izgleda kao produžena opruga). Zavoji spirale ojačani su vodikovim vezama koje nastaju između karboksilnih skupina i amino skupina. Gotovo sve CO i NH skupine sudjeluju u stvaranju vodikovih veza. Oni su slabiji od peptidnih, ali, ponovljeni mnogo puta, ovoj konfiguraciji daju stabilnost i krutost. Na razini sekundarne strukture nalaze se proteini: fibroin (svila, paukova mreža), keratin (kosa, nokti), kolagen (tetive).

Tercijarna struktura- pakiranje polipeptidnih lanaca u globule, koje nastaje stvaranjem kemijskih veza (vodikovih, ionskih, disulfidnih) i uspostavljanjem hidrofobnih interakcija između radikala aminokiselinskih ostataka. Glavnu ulogu u formiranju tercijarne strukture imaju hidrofilno-hidrofobne interakcije. U vodenim otopinama hidrofobni radikali nastoje se sakriti od vode, grupirajući se unutar globule, dok se hidrofilni radikali, kao rezultat hidratacije (interakcije s vodenim dipolima), nastoje pojaviti na površini molekule. U nekim proteinima, tercijarna struktura je stabilizirana disulfidnim kovalentnim vezama koje se formiraju između atoma sumpora dva cisteinska ostatka. Na razini tercijarne strukture nalaze se enzimi, antitijela i neki hormoni.

Kvartarna struktura karakterističan za složene proteine ​​čije molekule tvore dvije ili više globula. Podjedinice se drže u molekuli ionskim, hidrofobnim i elektrostatskim interakcijama. Ponekad, tijekom formiranja kvaternarne strukture, dolazi do disulfidnih veza između podjedinica. Najproučavaniji protein s kvaternarnom strukturom je hemoglobin. Tvore je dvije α-podjedinice (141 aminokiselinski ostatak) i dvije β-podjedinice (146 aminokiselinskih ostataka). Uz svaku podjedinicu povezana je molekula hema koja sadrži željezo.

Ako iz nekog razloga prostorna konformacija proteina odstupa od normalne, protein ne može obavljati svoje funkcije. Na primjer, uzrok "kravljeg ludila" (spongiformna encefalopatija) je abnormalna konformacija priona, površinskih proteina živčanih stanica.

Svojstva proteina

Određuje ga aminokiselinski sastav i struktura proteinske molekule Svojstva. Proteini kombiniraju bazična i kisela svojstva, određena aminokiselinskim radikalima: što je više kiselih aminokiselina u proteinu, to su njegova kisela svojstva izraženija. Utvrđuje se sposobnost doniranja i dodavanja H + puferska svojstva proteina; Jedan od najjačih pufera je hemoglobin u crvenim krvnim stanicama, koji održava pH krvi na konstantnoj razini. Postoje topljivi proteini (fibrinogen), a postoje netopljivi proteini koji obavljaju mehaničke funkcije (fibroin, keratin, kolagen). Postoje proteini koji su kemijski aktivni (enzimi), postoje kemijski neaktivni proteini koji su otporni na razne uvjete okoline i oni koji su izrazito nestabilni.

Vanjski čimbenici (toplina, ultraljubičasto zračenje, teški metali i njihove soli, pH promjene, zračenje, dehidracija)

može uzrokovati poremećaj strukturne organizacije proteinske molekule. Proces gubitka trodimenzionalne konformacije svojstvene određenoj proteinskoj molekuli naziva se denaturacija. Uzrok denaturacije je kidanje veza koje stabiliziraju određenu strukturu proteina. U početku se pucaju najslabije veze, a kako uvjeti postaju stroži, pucaju i one jače. Zbog toga se gubi prvo kvartarna, zatim tercijarna i sekundarna struktura. Promjena prostorne konfiguracije dovodi do promjene svojstava proteina i, kao rezultat toga, onemogućuje proteinu da obavlja svoje inherentne biološke funkcije. Ako denaturacija nije popraćena uništenjem primarne strukture, onda može biti reverzibilan, u ovom slučaju dolazi do samoobnavljanja konformacijske karakteristike proteina. Na primjer, membranski receptorski proteini prolaze kroz takvu denaturaciju. Proces obnavljanja strukture proteina nakon denaturacije naziva se renaturacija. Ako je obnova prostorne konfiguracije proteina nemoguća, tada se zove denaturacija nepovratan.

Funkcije proteina

Enzimi

Enzimi, ili enzima, su posebna klasa proteina koji su biološki katalizatori. Zahvaljujući enzimima, biokemijske reakcije odvijaju se ogromnom brzinom. Brzina enzimskih reakcija je desetke tisuća puta (a ponekad i milijune) veća od brzine reakcija koje se odvijaju uz sudjelovanje anorganskih katalizatora. Tvar na koju enzim djeluje naziva se supstrat.

Enzimi su globularni proteini, strukturne značajke enzime možemo podijeliti u dvije skupine: jednostavne i složene. Jednostavni enzimi su jednostavni proteini, tj. sastoji samo od aminokiselina. Složeni enzimi su složeni proteini, tj. Osim proteinskog dijela, sadrže skupinu neproteinske prirode - kofaktor. Neki enzimi koriste vitamine kao kofaktore. Molekula enzima sadrži poseban dio koji se naziva aktivni centar. Aktivni centar- mali dio enzima (od tri do dvanaest aminokiselinskih ostataka), gdje dolazi do vezanja supstrata ili supstrata kako bi se formirao kompleks enzim-supstrat. Po završetku reakcije, kompleks enzim-supstrat se razgrađuje na enzim i proizvod(e) reakcije. Neki enzimi imaju (osim aktivnih) alosterički centri- područja na koja su pričvršćeni regulatori brzine enzima ( alosterički enzimi).

Reakcije enzimske katalize karakteriziraju: 1) visoka učinkovitost, 2) stroga selektivnost i usmjerenost djelovanja, 3) specifičnost supstrata, 4) fina i precizna regulacija. Specifičnost supstrata i reakcije reakcija enzimske katalize objašnjena je hipotezama E. Fischera (1890.) i D. Koshlanda (1959.).

E. Fisher (hipoteza ključ-brava) sugerirali su da prostorne konfiguracije aktivnog centra enzima i supstrata moraju točno odgovarati jedna drugoj. Supstrat se uspoređuje s "ključem", enzim s "bravom".

D. Koshland (hipoteza ruka-rukavica) sugerirali da se prostorna korespondencija između strukture supstrata i aktivnog središta enzima stvara samo u trenutku njihove međusobne interakcije. Ova se hipoteza također naziva hipoteza inducirane korespondencije.

Brzina enzimskih reakcija ovisi o: 1) temperaturi, 2) koncentraciji enzima, 3) koncentraciji supstrata, 4) pH. Treba naglasiti da su enzimi proteini, njihova aktivnost je najveća u fiziološki normalnim uvjetima.

Većina enzima može djelovati samo na temperaturama između 0 i 40°C. Unutar ovih granica, brzina reakcije povećava se približno 2 puta sa svakim povećanjem temperature od 10 °C. Na temperaturama iznad 40 °C dolazi do denaturacije proteina i opada aktivnost enzima. Na temperaturama blizu ledišta, enzimi se inaktiviraju.

Kako se količina supstrata povećava, brzina enzimske reakcije raste sve dok se broj molekula supstrata ne izjednači s brojem molekula enzima. S daljnjim povećanjem količine supstrata, brzina se neće povećati, jer su aktivni centri enzima zasićeni. Povećanje koncentracije enzima dovodi do povećane katalitičke aktivnosti, budući da se veći broj molekula supstrata transformira u jedinici vremena.

Za svaki enzim postoji optimalna pH vrijednost pri kojoj ispoljava maksimalnu aktivnost (pepsin - 2,0, salivarna amilaza - 6,8, pankreasna lipaza - 9,0). Pri višim ili nižim pH vrijednostima aktivnost enzima opada. Kod naglih promjena u pH, enzim denaturira.

Brzina alosteričkih enzima regulirana je tvarima koje se vežu za alosteričke centre. Ako te tvari ubrzavaju reakciju, zovu se aktivatori, ako uspore - inhibitori.

Podjela enzima

Ovisno o vrsti kemijskih transformacija koje kataliziraju, enzimi se dijele u 6 klasa:

1. oksireduktaze(prijenos atoma vodika, kisika ili elektrona s jedne tvari na drugu - dehidrogenaza),
2. transferaze(prijenos metilne, acilne, fosfatne ili amino skupine s jedne tvari na drugu - transaminaza),
3. hidrolaze(reakcije hidrolize u kojima iz supstrata nastaju dva produkta - amilaza, lipaza),
4. liaze(nehidrolitička adicija na supstrat ili odvajanje grupe atoma od njega, pri čemu se mogu pokidati C-C, C-N, C-O, C-S veze - dekarboksilaza),
5. izomeraze(intramolekulska reorganizacija - izomeraza),
6. ligaze(veza dviju molekula kao rezultat stvaranja C-C, C-N, C-O, C-S veza - sintetaza).

Klase su zauzvrat podijeljene na podklase i podklase. U trenutnoj međunarodnoj klasifikaciji svaki enzim ima specifičan kod koji se sastoji od četiri broja odvojena točkama. Prvi broj je klasa, drugi je potklasa, treći je podklasa, četvrti je serijski broj enzima u ovoj podklasi, na primjer, kod arginaze je 3.5.3.1.

Ići predavanja br.2"Struktura i funkcije ugljikohidrata i lipida"

Ići predavanja br.4"Struktura i funkcije ATP nukleinskih kiselina"

Protein je niz aminokiselina međusobno povezanih peptidnim vezama.

Lako je zamisliti da broj aminokiselina može biti različit: od minimalno dvije do bilo koje razumne vrijednosti. Biokemičari su se složili da ako broj aminokiselina ne prelazi 10, onda se takav spoj naziva peptidom; ako ima 10 ili više aminokiselina – polipeptid. Polipeptidi koji su sposobni spontano formirati i održavati određenu prostornu strukturu, zvanu konformacija, klasificiraju se kao proteini. Stabilizacija takve strukture moguća je samo kada polipeptidi dosegnu određenu duljinu (više od 40 aminokiselina), stoga se polipeptidi s molekulskom masom većom od 5000 Da obično smatraju proteinima. (1 Da je jednak 1/12 izotopa ugljika). Samo s određenom prostornom strukturom (nativnom strukturom) protein može obavljati svoje funkcije.

Veličina proteina može se mjeriti u daltonima (molekulska težina), često zbog relativno velike veličine molekule u njenim izvedenim jedinicama, kilodaltonima (kDa). Proteini kvasca se u prosjeku sastoje od 466 aminokiselina i imaju molekularnu težinu od 53 kDa. Najveći trenutno poznati protein, titin, sastavni je dio mišićnih sarkomera; Molekulska težina njegovih različitih izoformi varira od 3000 do 3700 kDa, a sastoji se od 38 138 aminokiselina (u ljudskom solius mišiću).

Struktura proteina

Trodimenzionalna struktura proteina nastaje tijekom procesa savijanja. preklapanje -"preklapanje") Trodimenzionalna struktura nastaje kao rezultat interakcije struktura na nižim razinama.

Postoje četiri razine strukture proteina:

Primarna struktura- slijed aminokiselina u polipeptidnom lancu.

Sekundarna struktura- ovo je smještaj u prostoru pojedinih dijelova polipeptidnog lanca.

Sljedeće su najčešće vrste sekundarne strukture proteina:

α-zavojnice- gusti zavoji oko duge osi molekule, jedan zavoj se sastoji od 3,6 aminokiselinskih ostataka, a korak spirale je 0,54 nm (0,15 nm po aminokiselinskom ostatku), spirala je stabilizirana vodikovim vezama između H i O peptidnih skupina razmaknutih jedna od druge za 4 aminokiselinska ostatka. Heliks je izgrađen isključivo od jedne vrste stereoizomera aminokiselina (L). Iako može biti lijevo ili desno, desno je prevladavajuće u proteinima. Heliks je poremećen elektrostatskim interakcijama glutaminske kiseline, lizina i arginina. Ostaci asparagina, serina, treonina i leucina smješteni blizu jedni drugih mogu sterički ometati stvaranje spirale, ostaci prolina uzrokuju savijanje lanca i također remete strukturu α-heliksa.

β-nabranim slojevima- nekoliko cik-cak polipeptidnih lanaca u kojima se stvaraju vodikove veze između aminokiselina ili različitih proteinskih lanaca koji su u primarnoj strukturi međusobno relativno udaljeni (0,347 nm po aminokiselinskom ostatku), a ne tijesno razmaknuti, kao što je slučaj u α -zavojnica. Ovi lanci obično imaju N-terminalne krajeve u suprotnim smjerovima (antiparalelna orijentacija). Male veličine bočnih skupina aminokiselina važne su za formiranje β-listova; obično prevladavaju glicin i alanin.

Savijanje proteina u β-nabranu ploču

Neuređene strukture su neuređen raspored proteinskog lanca u prostoru.

Prostorna struktura svakog proteina je individualna i određena je njegovom primarnom strukturom. Međutim, usporedba konformacija proteina s različitim strukturama i funkcijama otkrila je prisutnost sličnih kombinacija elemenata sekundarne strukture u njima. Ovaj specifičan redoslijed formiranja sekundarnih struktura naziva se supersekundarna struktura proteina. Supersekundarna struktura nastaje zbog međuradikalskih interakcija.

Određene karakteristične kombinacije α-heliksa i β-struktura često se nazivaju "strukturnim motivima". Imaju specifične nazive: “α-helix-turn-α-helix”, “α/β-barel structure”, “leucine zipper”, “cinkov prst” itd.

Tercijarna struktura- Ovo je način postavljanja cijelog polipeptidnog lanca u prostor. Uz α-spirale, β-nabrane listove i supersekundarne strukture, tercijarna struktura otkriva neuređenu konformaciju koja može zauzeti značajan dio molekule.

Shematski prikaz savijanja proteina u tercijarnu strukturu.

Kvartarna struktura javlja se u proteinima koji se sastoje od nekoliko polipeptidnih lanaca (podjedinica, protomera ili monomera), kada se kombiniraju tercijarne strukture tih podjedinica. Na primjer, molekula hemoglobina sastoji se od 4 podjedinice. Supramolekularne tvorevine imaju kvarternu strukturu - multienzimski kompleksi, koji se sastoje od nekoliko molekula enzima i koenzima (piruvat dehidrogenaza), te izoenzima (laktat dehidrogenaza - LDH, kreatin fosfokinaza - CPK).

Tako. Prostorna struktura ne ovisi o duljini polipeptidnog lanca, već o slijedu aminokiselinskih ostataka specifičnom za svaki protein, kao i o bočnim radikalima karakterističnim za odgovarajuće aminokiseline. Prostorna trodimenzionalna struktura ili konformacija proteinskih makromolekula tvore se prvenstveno vodikovim vezama, hidrofobnim interakcijama između nepolarnih bočnih radikala aminokiselina i ionskim interakcijama između suprotno nabijenih bočnih skupina aminokiselinskih ostataka. Vodikove veze igraju veliku ulogu u formiranju i održavanju prostorne strukture proteinske makromolekule.

Što se tiče hidrofobnih interakcija, one nastaju kao rezultat kontakta između nepolarnih radikala koji nisu u stanju raskinuti vodikove veze između molekula vode, koje su istisnute na površinu proteinske globule. Kako se odvija sinteza proteina, nepolarne kemijske skupine nakupljaju se unutar globule, a polarne se istiskuju na njezinu površinu. Dakle, proteinska molekula može biti neutralna, pozitivno ili negativno nabijena, ovisno o pH otapala i ionskim skupinama u proteinu. Osim toga, konformaciju proteina održavaju kovalentne S-S veze nastale između dva cisteinska ostatka. Kao rezultat formiranja prirodne strukture proteina, mnogi atomi smješteni u udaljenim dijelovima polipeptidnog lanca približavaju se i, utječući jedni na druge, stječu nova svojstva koja su odsutna u pojedinačnim aminokiselinama ili malim polipeptidima.

Važno je razumjeti da je savijanje - savijanje proteina (i drugih biomakromolekula) iz nesmotane konformacije u "nativni" oblik - fizički i kemijski proces, kao rezultat kojeg proteini u svom prirodnom "staništu" (otopina, citoplazma ili membrana) dobivaju karakteristike svojstvene samo njima prostorni raspored i funkcije.

Stanice sadrže niz katalitički neaktivnih proteina, koji ipak daju veliki doprinos formiranju prostornih proteinskih struktura. To su takozvani šaperoni. Šaperoni pomažu u ispravnom sastavljanju trodimenzionalne konformacije proteina stvaranjem reverzibilnih nekovalentnih kompleksa s djelomično presavijenim polipeptidnim lancem, dok istovremeno inhibiraju pogrešno oblikovane veze koje dovode do stvaranja funkcionalno neaktivnih proteinskih struktura. Popis funkcija karakterističnih za šaperone uključuje zaštitu rastaljenih (djelomično presavijenih) globula od agregacije, kao i prijenos novosintetiziranih proteina na različite stanične lokuse.

Šaperoni su pretežno proteini toplinskog šoka, čija se sinteza naglo povećava pod stresnim temperaturnim utjecajima, zbog čega se nazivaju i hsp (heat shock proteini). Obitelji ovih proteina nalaze se u mikrobnim, biljnim i životinjskim stanicama. Razvrstavanje šaperona temelji se na njihovoj molekularnoj težini koja varira od 10 do 90 kDa. Oni su proteini koji pomažu u formiranju trodimenzionalne strukture proteina. Šaperoni održavaju novosintetizirani polipeptidni lanac u nesmotanom stanju, sprječavajući njegovo presavijanje u oblik drugačiji od nativnog, te osiguravaju uvjete za jedinu ispravnu, nativnu strukturu proteina.

Tijekom savijanja proteina, neke konformacije molekule se odbacuju u fazi rastaljene globule. Razgradnju takvih molekula pokreće protein ubikvitin.

Razgradnja proteina ubikvitinskim putem uključuje dvije glavne faze:

1) kovalentno vezanje ubikvitina na protein koji se razgrađuje kroz ostatak lizin, prisutnost takve oznake u proteinu je primarni signal za razvrstavanje koji usmjerava nastale konjugate na proteasome;

2) hidroliza proteina pomoću proteasoma (glavna funkcija proteasoma je proteolitička razgradnja nepotrebnih i oštećenih proteina u kratke peptide). Ubikvitin se s pravom naziva "žigom smrti" za proteine.

Dom?n vjeverica? - element tercijarne strukture proteina, koji je prilično stabilna i neovisna podstruktura proteina, čije se savijanje odvija neovisno o ostalim dijelovima. Domena obično uključuje nekoliko elemenata sekundarne strukture. Strukturno slične domene nalaze se ne samo u srodnim proteinima (na primjer, u hemoglobinima različitih životinja), već iu potpuno različitim proteinima. Protein može imati više domena, a te regije mogu obavljati različite funkcije u istom proteinu. Neki enzimi i svi imunoglobulini imaju domensku strukturu. Proteini s dugim polipeptidnim lancima (više od 200 aminokiselinskih ostataka) često stvaraju domenske strukture.

1. Struktura jednog proteina je određena:

1) skupina gena 2) jedan gen

3) jedna molekula DNA 4) ukupnost gena organizma

2. Gen kodira informacije o slijedu monomera u molekuli:

1) tRNA 2) AA 3) glikogen 4) DNA

3. Trojke se nazivaju antikodoni:

1) DNA 2) t-RNA 3) i-RNA 4) r-RNA

4. Plastična izmjena sastoji se uglavnom od reakcija:

1) razgradnja organskih tvari 2) razgradnja anorganskih tvari

3) sinteza organskih tvari 4) sinteza anorganskih tvari

5. Sinteza proteina u prokariotskoj stanici odvija se:

1) na ribosomima u jezgri 2) na ribosomima u citoplazmi 3) u staničnoj stijenci

6. Proces emitiranja se odvija:

1) u citoplazmi 2) u jezgri 3) u mitohondrijima

4) na membranama hrapavog endoplazmatskog retikuluma

7. Sinteza se odvija na membranama granularnog endoplazmatskog retikuluma:

1) ATP; 2) ugljikohidrati; 3) lipidi; 4) bjelančevine.

8. Jedan triplet kodira:

1. jedan AK 2 jedan znak organizma 3. više AK

13. Faze biosinteze proteina.

1.transkripcija, prijevod 2.transformacija, prijevod

3.transorganizacija, transkripcija

14. Antikodon tRNA sastoji se od UCG nukleotida. Koji mu je DNA triplet komplementaran?

1.UUG 2. TTC 3. TCG

2) molekula koja se sastoji od dva nova lanca DNA

4) molekula kćer koja se sastoji od jednog starog i jednog novog lanca DNK

18. Predložak za sintezu molekule mRNA tijekom transkripcije je:

1) cijela molekula DNA 2) cijeli jedan od lanaca molekule DNA

4) u nekim slučajevima jedan od lanaca molekule DNA, u drugima - cijela molekula DNA.

19. Proces samodupliciranja molekule DNA.

1.replikacija 2.reparacija

3. reinkarnacija

20. Tijekom biosinteze proteina u stanici, ATP energija:

1) potrošeno 2) pohranjeno

21. U somatskim stanicama višestaničnog organizma:

1) različit skup gena i proteina 2) isti skup gena i proteina

3) isti skup gena, ali različit skup proteina

23. Koji se od procesa ne događa u stanicama bilo koje strukture i funkcije:

1) sinteza proteina 2) metabolizam 3) mitoza 4) mejoza

24. Koncept "transkripcije" odnosi se na proces:

1) duplikacija DNA 2) sinteza mRNA na DNA

3) prijenos mRNA do ribosoma 4) stvaranje proteinskih molekula na polisomu

25. Dio molekule DNA koji nosi informaciju o jednoj proteinskoj molekuli je:

1)gen 2)fenotip 3)genom 4)genotip

26. Transkripcija u eukariota događa se u:

1) citoplazma 2) endoplazmatska membrana 3) lizosomi 4) jezgra

27. Sinteza proteina odvija se u:

1) granularni endoplazmatski retikulum

2) glatki endoplazmatski retikulum 3) jezgra 4) lizosomi

28. Jedna aminokiselina je kodirana:

1) četiri nukleotida 2) dva nukleotida

29. Triplet ATC nukleotida u molekuli DNA odgovarat će kodonu molekule mRNA:

1) TAG 2) UAG 3) UTC 4) TsAU

30. Interpunkcijski znakovi genetskog koda:

1. kodiraju određene proteine ​​2. pokreću sintezu proteina

3. zaustaviti sintezu proteina

31. Proces samodupliciranja molekule DNA.

1. replikacija 2. reparacija 3. reinkarnacija

32. Funkcija mRNA u procesu biosinteze.

1.pohrana nasljedne informacije 2.transport AK do ribosoma

33. Proces kada tRNA dovodi aminokiseline do ribosoma.

1.transkripcija 2.prijevod 3.transformacija

34. Ribosomi koji sintetiziraju istu proteinsku molekulu.

1.kromosom 2.polisom 3.megakromosom

35. Proces kojim aminokiseline tvore proteinsku molekulu.

1.transkripcija 2.prijevod 3.transformacija

36. Reakcije matrične sinteze uključuju...

1.DNK replikacija 2.transkripcija, translacija 3.oba odgovora su točna

37. Jedan triplet DNK nosi informacije o:

1. Redoslijed aminokiselina u proteinskoj molekuli

38. Gen kodira informacije o:

1) struktura bjelančevina, masti i ugljikohidrata 2) primarna struktura bjelančevina

3) nukleotidne sekvence u DNA

4) aminokiselinske sekvence u 2 ili više proteinskih molekula

39. Sinteza mRNA počinje:

1) razdvajanje DNA u dva lanca 2) interakcija enzima RNA polimeraze i gena

40. Transkripcija se događa:

1) u jezgri 2) na ribosomima 3) u citoplazmi 4) na kanalima glatkog ER

41. Sinteza proteina se ne događa na ribosomima u:

1) uzročnik tuberkuloze 2) pčele 3) muhara 4) bakteriofag

42. Tijekom translacije, predložak za sastavljanje polipeptidnog lanca proteina je:

1) oba lanca DNA 2) jedan od lanaca molekule DNA

3) molekula mRNA 4) u nekim slučajevima jedan od lanaca DNA, u drugima – molekula mRNA