Ravni organizacije in delovanja proteinov. Beljakovine: primarna zgradba beljakovin, shema tvorbe tripeptida. Transkripcija pri evkariontih poteka v

Dokazali so obstoj 4 nivojev strukturne organizacije beljakovinske molekule.

Primarna struktura beljakovin– zaporedje razporeditve aminokislinskih ostankov v polipeptidni verigi. V beljakovinah so posamezne aminokisline med seboj povezane peptidne vezi, ki izhaja iz interakcije a-karboksilnih in a-amino skupin aminokislin.

Do danes je bila dešifrirana primarna struktura več deset tisoč različnih proteinov. Za določitev primarne strukture proteina se aminokislinska sestava določi z metodami hidrolize. Nato se določi kemijska narava končnih aminokislin. Naslednji korak je določitev zaporedja aminokislin v polipeptidni verigi. V ta namen se uporablja selektivna delna (kemična in encimska) hidroliza. Možno je uporabiti rentgensko difrakcijsko analizo, pa tudi podatke o komplementarnem nukleotidnem zaporedju DNK.

Sekundarna struktura beljakovin– konfiguracija polipeptidne verige, tj. metoda pakiranja polipeptidne verige v specifično konformacijo. Ta proces ne poteka kaotično, ampak v skladu s programom, ki je vgrajen v primarno strukturo.

Stabilnost sekundarne strukture zagotavljajo predvsem vodikove vezi, nekaj pa prispevajo tudi kovalentne vezi - peptidna in disulfidna.

Upoštevana je najverjetnejša vrsta strukture globularnih proteinov a-vijačnica. Zvijanje polipeptidne verige poteka v smeri urinega kazalca. Za vsak protein je značilna določena stopnja spiralizacije. Če so verige hemoglobina 75% vijačne, je pepsin samo 30%.

Vrsta konfiguracije polipeptidnih verig, ki jih najdemo v beljakovinah las, svile in mišic, se imenuje b-strukture. Segmenti peptidne verige so razporejeni v enem sloju in tvorijo figuro, podobno listu, zloženem v harmoniko. Plast lahko tvorita dve ali več peptidnih verig.

V naravi obstajajo beljakovine, katerih struktura ne ustreza niti β- niti a-strukturi, na primer kolagen je fibrilarni protein, ki sestavlja večino vezivnega tkiva v človeškem in živalskem telesu.

Terciarna struktura beljakovin– prostorska orientacija polipeptidne vijačnice oziroma način razporeditve polipeptidne verige v določenem volumnu. Prvi protein, katerega terciarna struktura je bila razjasnjena z rentgensko difrakcijsko analizo, je bil mioglobin (slika 2).

Pri stabilizaciji prostorske strukture proteinov imajo poleg kovalentnih vezi glavno vlogo nekovalentne vezi (vodikove, elektrostatične interakcije nabitih skupin, medmolekularne van der Waalsove sile, hidrofobne interakcije itd.).

Po sodobnih konceptih se terciarna struktura proteina po zaključku njegove sinteze oblikuje spontano. Glavna gonilna sila je interakcija aminokislinskih radikalov z molekulami vode. V tem primeru so nepolarni hidrofobni radikali aminokislin potopljeni v proteinsko molekulo, polarni radikali pa so usmerjeni proti vodi. Proces tvorbe naravne prostorske strukture polipeptidne verige se imenuje zlaganje. Beljakovine imenovane spremljevalci. Sodelujejo pri zlaganju. Opisane so številne dedne bolezni človeka, katerih razvoj je povezan z motnjami zaradi mutacij v procesu zvijanja (pigmentoza, fibroza itd.).

Z metodami rentgenske difrakcijske analize je dokazan obstoj nivojev strukturne organizacije proteinske molekule, vmesnih med sekundarno in terciarno strukturo. Domena je kompaktna kroglasta strukturna enota znotraj polipeptidne verige (slika 3). Odkritih je bilo veliko proteinov (na primer imunoglobulinov), sestavljenih iz domen različnih struktur in funkcij, ki jih kodirajo različni geni.

Vse biološke lastnosti beljakovin so povezane z ohranjanjem njihove terciarne strukture, ki se imenuje domačin. Proteinska globula ni absolutno toga struktura: možna so reverzibilna gibanja delov peptidne verige. Te spremembe ne porušijo celotne konformacije molekule. Na konformacijo beljakovinske molekule vplivajo pH okolja, ionska moč raztopine in interakcija z drugimi snovmi. Vse vplive, ki vodijo do motenj naravne konformacije molekule, spremlja delna ali popolna izguba bioloških lastnosti proteina.

Kvartarna struktura beljakovin- način polaganja v prostoru posameznih polipeptidnih verig, ki imajo enako ali različno primarno, sekundarno ali terciarno strukturo, in tvorba strukturno in funkcionalno enotne makromolekularne tvorbe.

Imenuje se proteinska molekula, sestavljena iz več polipeptidnih verig oligomer in vsaka veriga, vključena v to - protomer. Oligomerni proteini so pogosto zgrajeni iz sodega števila protomerov, na primer molekula hemoglobina je sestavljena iz dveh a- in dveh b-polipeptidnih verig (slika 4).

Približno 5% beljakovin ima kvartarno strukturo, vključno s hemoglobinom in imunoglobulini. Struktura podenote je značilna za številne encime.

Proteinske molekule, ki sestavljajo protein s kvartarno strukturo, nastanejo ločeno na ribosomih in šele po končani sintezi tvorijo skupno supramolekularno strukturo. Protein pridobi biološko aktivnost šele, ko so njegovi sestavni protomeri združeni. Pri stabilizaciji kvartarne strukture sodelujejo iste vrste interakcij kot pri stabilizaciji terciarne.

Nekateri raziskovalci priznavajo obstoj pete ravni strukturne organizacije beljakovin. to presnovi - polifunkcionalni makromolekularni kompleksi različnih encimov, ki katalizirajo celotno pot substratnih transformacij (sintetaze višjih maščobnih kislin, kompleks piruvat dehidrogenaze, dihalna veriga).

Ena od značilnosti beljakovin je njihova zapletena strukturna organizacija. Vsi proteini imajo primarno, sekundarno in terciarno strukturo, tisti, ki imajo dva ali več PCP, pa tudi kvartarno strukturo (QS).

Primarna struktura beljakovin (PSB) – to je vrstni red menjave (zaporedja) aminokislinskih ostankov v PPC.

Tudi beljakovine, ki so enake po dolžini in aminokislinski sestavi, so lahko različne snovi. Na primer, iz dveh aminokislin lahko naredite 2 različna dipeptida:

Pri številu aminokislin, ki je enako 20, je število možnih kombinacij 210 18. In če upoštevamo, da se lahko v PPC vsaka aminokislina pojavi več kot enkrat, potem je število možnih možnosti težko prešteti.

Določanje primarne proteinske strukture (PSB).

PBP beljakovin lahko določimo z uporabo feniltiohidantoin metoda . Ta metoda temelji na interakcijski reakciji fenilizotiocianat (FITC) z α-AA. Posledično nastane kompleks teh dveh spojin - FITZ-AK . Na primer, upoštevajte peptid da bi določili njegov PBP, to je zaporedje aminokislinskih ostankov.

FITC interagira s terminalno aminokislino (a). Nastane kompleks FTG-a, jo ločimo od zmesi in določimo identiteto aminokisline A. Na primer, to - asn itd. Vse druge aminokisline so zaporedno ločene in identificirane. To je delovno intenziven proces. Določanje PBP srednje velikega proteina traja več mesecev.

Prednost pri dekodiranju pripada PSB Sengeru(1953), ki je odkril insulin PSB (dobitnik Nobelove nagrade). Molekula insulina je sestavljena iz 2 PPC - A in B.

Veriga A je sestavljena iz 21 aminokislin, veriga B iz 30. PPC-ji so med seboj povezani z disulfidnimi mostovi. Število proteinov, katerih PBP je bil določen, trenutno dosega 1500. Že majhne spremembe v primarni strukturi lahko bistveno spremenijo lastnosti proteina. Eritrociti zdravih ljudi vsebujejo HbA – pri zamenjavi v  verigi HbA na 6. glu na gred pride do resne bolezni anemija srpastih celic, pri kateri otroci, rojeni s to anomalijo, umrejo v zgodnjem otroštvu. Po drugi strani pa obstajajo možnosti za spremembo PSB, ki ne vplivajo na njegove fizikalno-kemijske in biološke lastnosti. Na primer, HbC vsebuje b-verigo na 6. mestu namesto glu-lys, HbC se po svojih lastnostih skoraj ne razlikuje od HbA in ljudje, ki imajo tak Hb v eritrocitih, so praktično zdravi.

PSB stabilnost zagotavljajo predvsem močne kovalentne peptidne vezi in sekundarno disulfidne vezi.

Sekundarna struktura beljakovin (PSS).

Proteinski PPC so zelo fleksibilni in pridobijo specifično prostorsko strukturo oz konformacija. V beljakovinah obstajata 2 ravni takšne konformacije - to je VSB in terciarna struktura (TSB).

VSB – to je konfiguracija PPC, to je način, kako je položen ali zvit v neko konformacijo, v skladu s programom, vdelanim v P SB.

Znane so tri glavne vrste VSB:

1)  - spirala;

2) b-struktura(zložen sloj ali zložen list);

3) neurejen zaplet.

- spirala .

Njegov model je predlagal W. Pauling. Najverjetneje gre za globularne proteine. Za vsak sistem je najbolj stabilno stanje tisto, ki ustreza minimalni prosti energiji. Pri peptidih se to stanje pojavi, ko sta skupini CO– in NH– med seboj povezani s šibko vodikovo vezjo. IN a - spirale Skupina NH– 1. aminokislinskega ostanka medsebojno deluje s skupino CO– 4. aminokisline. Kot rezultat, hrbtenica peptida tvori vijačnico, katere vsak zavoj vsebuje 3,6 ostankov AA.

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

Zvijanje PPC poteka v smeri urinega kazalca, to pomeni, da ima spirala pravilno gibanje. Vsakih 5 obratov (18 AC; 2,7 nm) se konfiguracija PPC ponovi.

Stabilizirajoče VSB predvsem z vodikovimi vezmi, nato pa s peptidnimi in disulfidnimi vezmi. Vodikove vezi so 10-100-krat šibkejše od običajnih kemičnih vezi; vendar pa zaradi velikega števila zagotavljajo določeno togost in kompaktnost VSB. Stranske R-verige a-vijačnice so obrnjene navzven in se nahajajo na nasprotnih straneh njene osi.

b -struktura .

To so zloženi deli PPC, oblikovani kot list, zložen v harmoniko. Plasti PPC so lahko vzporedne, če se obe verigi začneta na N- ali C-koncu.

Če so sosednje verige v plasti usmerjene z nasprotnima koncema N–C in C–N, se imenujejo antiparalelen.

vzporedno

antiparalelen

Tvorba vodikovih vezi poteka tako kot v a-vijačnici med skupinama CO– in NH–.

Veverice- organske spojine z visoko molekulsko maso, sestavljene iz ostankov α-aminokislin.

IN beljakovinska sestava vključuje ogljik, vodik, dušik, kisik, žveplo. Nekatere beljakovine tvorijo komplekse z drugimi molekulami, ki vsebujejo fosfor, železo, cink in baker.

Beljakovine imajo veliko molekulsko maso: jajčni albumin - 36 000, hemoglobin - 152 000, miozin - 500 000 Za primerjavo: molekulska masa alkohola je 46, ocetna kislina - 60, benzen - 78.

Aminokislinska sestava beljakovin

Veverice- neperiodični polimeri, katerih monomeri so α-aminokisline. Običajno se 20 vrst α-aminokislin imenuje proteinski monomeri, čeprav jih je več kot 170 v celicah in tkivih.

Glede na to, ali se aminokisline lahko sintetizirajo v telesu ljudi in drugih živali, jih ločimo: neesencialne aminokisline- se lahko sintetizira; esencialne aminokisline- ni mogoče sintetizirati. Esencialne aminokisline moramo v telo vnašati s hrano. Rastline sintetizirajo vse vrste aminokislin.

Glede na aminokislinsko sestavo, beljakovine so: popolne- vsebujejo celoten nabor aminokislin; okvarjen- v njihovi sestavi manjkajo nekatere aminokisline. Če so beljakovine sestavljene samo iz aminokislin, se imenujejo preprosto. Če proteini vsebujejo poleg aminokislin še neaminokislinsko komponento (prostetično skupino), jih imenujemo kompleksen. Protetično skupino lahko predstavljajo kovine (metaloproteini), ogljikovi hidrati (glikoproteini), lipidi (lipoproteini), nukleinske kisline (nukleoproteini).

Vse aminokisline vsebujejo: 1) karboksilna skupina (-COOH), 2) amino skupina (-NH 2), 3) radikal ali R-skupina (ostanek molekule). Struktura radikala je različna za različne vrste aminokislin. Glede na število amino skupin in karboksilnih skupin, vključenih v sestavo aminokislin, jih ločimo: nevtralne aminokisline z eno karboksilno skupino in eno amino skupino; bazične aminokisline z več kot eno amino skupino; kisle aminokisline z več kot eno karboksilno skupino.

Aminokisline so amfoterne spojine, saj lahko v raztopini delujejo tako kot kisline kot kot baze. V vodnih raztopinah obstajajo aminokisline v različnih ionskih oblikah.

Peptidna vez

Peptidi- organske snovi, sestavljene iz aminokislinskih ostankov, povezanih s peptidnimi vezmi.

Nastajanje peptidov nastane kot posledica kondenzacijske reakcije aminokislin. Ko amino skupina ene aminokisline interagira s karboksilno skupino druge, se med njima pojavi kovalentna vez dušik-ogljik, ki jo imenujemo peptid. Glede na število aminokislinskih ostankov, vključenih v peptid, obstajajo dipeptidi, tripeptidi, tetrapeptidi itd. Tvorba peptidne vezi se lahko večkrat ponovi. To vodi do nastanka polipeptidi. Na enem koncu peptida je prosta amino skupina (imenovana N-konec), na drugem pa je prosta karboksilna skupina (imenovana C-konec).

Prostorska organizacija beljakovinskih molekul

Opravljanje določenih specifičnih funkcij proteinov je odvisno od prostorske konfiguracije njihovih molekul, poleg tega pa je energijsko neugodno, da celica ohranja proteine ​​v razgrnjeni obliki, v obliki verige, zato se polipeptidne verige zvijajo, pridobivajo določeno tridimenzionalno strukturo ali konformacijo. Obstajajo 4 stopnje prostorska organizacija proteinov.

Primarna struktura beljakovin- zaporedje razporeditve aminokislinskih ostankov v polipeptidni verigi, ki sestavlja proteinsko molekulo. Vez med aminokislinami je peptidna vez.

Če je proteinska molekula sestavljena samo iz 10 aminokislinskih ostankov, potem je število teoretično možnih variant beljakovinskih molekul, ki se razlikujejo po vrstnem redu menjave aminokislin, 10 20. Ker imate 20 aminokislin, lahko iz njih sestavite še bolj raznolike kombinacije. V človeškem telesu so našli približno deset tisoč različnih beljakovin, ki se razlikujejo tako med seboj kot tudi od beljakovin drugih organizmov.

Primarna struktura beljakovinske molekule določa lastnosti beljakovinskih molekul in njihovo prostorsko konfiguracijo. Zamenjava samo ene aminokisline z drugo v polipeptidni verigi povzroči spremembo lastnosti in funkcij proteina. Na primer, zamenjava šeste glutaminske aminokisline z valinom v β-podenoti hemoglobina vodi do dejstva, da molekula hemoglobina kot celota ne more opravljati svoje glavne funkcije - transporta kisika; V takih primerih oseba razvije bolezen, imenovano anemija srpastih celic.

Sekundarna struktura- urejeno zvijanje polipeptidne verige v spiralo (izgleda kot podaljšana vzmet). Zavoji vijačnice so okrepljeni z vodikovimi vezmi, ki nastanejo med karboksilnimi in amino skupinami. Pri tvorbi vodikovih vezi sodelujejo skoraj vse skupine CO in NH. So šibkejši od peptidnih, vendar večkrat ponovljeni dajejo tej konfiguraciji stabilnost in togost. Na nivoju sekundarne strukture so beljakovine: fibroin (svila, pajkova mreža), keratin (lasje, nohti), kolagen (kite).

Terciarna struktura- pakiranje polipeptidnih verig v globule, ki je posledica tvorbe kemičnih vezi (vodikovih, ionskih, disulfidnih) in vzpostavitve hidrofobnih interakcij med radikali aminokislinskih ostankov. Glavno vlogo pri nastanku terciarne strukture igrajo hidrofilno-hidrofobne interakcije. V vodnih raztopinah se hidrofobni radikali skrivajo pred vodo in se združujejo v kroglico, medtem ko se hidrofilni radikali kot posledica hidratacije (interakcija z vodnimi dipoli) radi pojavljajo na površini molekule. V nekaterih proteinih je terciarna struktura stabilizirana z disulfidnimi kovalentnimi vezmi, ki nastanejo med atomi žvepla dveh cisteinskih ostankov. Na ravni terciarne strukture so encimi, protitelesa in nekateri hormoni.

Kvartarna struktura značilnost kompleksnih proteinov, katerih molekule tvorita dve ali več globul. Podenote se v molekuli zadržujejo z ionskimi, hidrofobnimi in elektrostatičnimi interakcijami. Včasih se med nastajanjem kvartarne strukture med podenotami pojavijo disulfidne vezi. Najbolj raziskan protein s kvartarno strukturo je hemoglobin. Tvorijo ga dve α-podenoti (141 aminokislinskih ostankov) in dve β-podenoti (146 aminokislinskih ostankov). Z vsako podenoto je povezana molekula hema, ki vsebuje železo.

Če iz nekega razloga prostorska konformacija beljakovin odstopa od normalne, beljakovina ne more opravljati svojih funkcij. Na primer, vzrok za "bolezen norih krav" (spongiformna encefalopatija) je nenormalna konformacija prionov, površinskih proteinov živčnih celic.

Lastnosti beljakovin

Aminokislinska sestava in zgradba beljakovinske molekule jo določata lastnosti. Beljakovine združujejo bazične in kisle lastnosti, ki jih določajo aminokislinski radikali: bolj kisle aminokisline so v beljakovini, bolj izrazite so njene kisle lastnosti. Določena je sposobnost darovanja in dodajanja H + puferske lastnosti proteinov; Eden najmočnejših pufrov je hemoglobin v rdečih krvničkah, ki vzdržuje pH krvi na stalni ravni. Obstajajo topne beljakovine (fibrinogen) in netopne beljakovine, ki opravljajo mehanske funkcije (fibroin, keratin, kolagen). Obstajajo beljakovine, ki so kemično aktivne (encimi), obstajajo kemično neaktivne beljakovine, ki so odporne na različne okoljske razmere, in tiste, ki so izjemno nestabilne.

Zunanji dejavniki (toplota, ultravijolično sevanje, težke kovine in njihove soli, spremembe pH, sevanje, dehidracija)

lahko povzročijo motnje v strukturni organizaciji proteinske molekule. Proces izgube tridimenzionalne konformacije, ki je lastna določeni proteinski molekuli, se imenuje denaturacija. Vzrok denaturacije je pretrganje vezi, ki stabilizirajo določeno beljakovinsko strukturo. Sprva se potrgajo najšibkejše vezi, z zaostrovanjem razmer pa se potrgajo še močnejše. Zato se najprej izgubi kvartarna, nato terciarna in sekundarna struktura. Sprememba prostorske konfiguracije povzroči spremembo lastnosti proteina in posledično onemogoči, da bi protein opravljal svoje inherentne biološke funkcije. Če denaturacije ne spremlja uničenje primarne strukture, potem je lahko reverzibilen, v tem primeru pride do samoobnove konformacijske značilnosti proteina. Takšni denaturaciji so na primer podvrženi membranski receptorski proteini. Postopek obnavljanja strukture beljakovin po denaturaciji se imenuje renaturacija. Če ponovna vzpostavitev prostorske konfiguracije proteina ni mogoča, se imenuje denaturacija nepovraten.

Funkcije beljakovin

Encimi

Encimi, oz encimi, so poseben razred beljakovin, ki so biološki katalizatorji. Zahvaljujoč encimom se biokemične reakcije odvijajo z izjemno hitrostjo. Hitrost encimskih reakcij je desettisočkrat (in včasih milijone) višja od hitrosti reakcij, ki potekajo s sodelovanjem anorganskih katalizatorjev. Snov, na katero deluje encim, se imenuje substrat.

Encimi so globularni proteini, strukturne značilnosti Encime lahko razdelimo v dve skupini: enostavne in kompleksne. Preprosti encimi so enostavni proteini, tj. sestavljena samo iz aminokislin. Kompleksni encimi so kompleksne beljakovine, tj. Poleg beljakovinskega dela vsebujejo skupino neproteinske narave - kofaktor. Nekateri encimi uporabljajo vitamine kot kofaktorje. Molekula encima vsebuje poseben del, imenovan aktivni center. Aktivni center- majhen del encima (od treh do dvanajstih aminokislinskih ostankov), kjer pride do vezave substrata ali substratov, da se tvori kompleks encim-substrat. Po končani reakciji se kompleks encim-substrat razgradi na encim in reakcijski produkt(-e). Nekateri encimi imajo (razen aktivnih) alosterični centri- območja, na katera so pritrjeni regulatorji hitrosti encimov ( alosterični encimi).

Za reakcije encimske katalize je značilno: 1) visoka učinkovitost, 2) stroga selektivnost in usmerjenost delovanja, 3) substratna specifičnost, 4) fina in natančna regulacija. Substratno in reakcijsko specifičnost reakcij encimske katalize pojasnjujeta hipotezi E. Fischerja (1890) in D. Koshlanda (1959).

E. Fischer (hipoteza ključ-ključavnica) predlagal, da morata prostorski konfiguraciji aktivnega mesta encima in substrata natančno ustrezati drug drugemu. Substrat se primerja s »ključem«, encim s »ključavnico«.

D. Koshland (hipoteza rokavice) predlagal, da se prostorska korespondenca med strukturo substrata in aktivnim središčem encima ustvari šele v trenutku njihove medsebojne interakcije. Ta hipoteza se imenuje tudi hipoteza inducirane korespondence.

Hitrost encimskih reakcij je odvisna od: 1) temperature, 2) koncentracije encima, 3) koncentracije substrata, 4) pH. Poudariti je treba, da so encimi beljakovine, zato je njihova aktivnost največja v fiziološko normalnih pogojih.

Večina encimov lahko deluje le pri temperaturah med 0 in 40°C. Znotraj teh meja se hitrost reakcije poveča približno 2-krat z vsakim povišanjem temperature za 10 °C. Pri temperaturah nad 40 °C se beljakovine denaturirajo in aktivnost encimov se zmanjša. Pri temperaturah blizu ledišča se encimi inaktivirajo.

Ko se količina substrata poveča, se hitrost encimske reakcije poveča, dokler se število substratnih molekul ne izenači s številom encimskih molekul. Z nadaljnjim povečanjem količine substrata se hitrost ne poveča, saj so aktivni centri encima nasičeni. Povečanje koncentracije encima povzroči povečano katalitično aktivnost, saj se na enoto časa transformira večje število substratnih molekul.

Za vsak encim obstaja optimalna vrednost pH, pri kateri ima največjo aktivnost (pepsin - 2,0, amilaza v slini - 6,8, pankreasna lipaza - 9,0). Pri višjih ali nižjih vrednostih pH se aktivnost encimov zmanjša. Pri nenadnih spremembah pH se encim denaturira.

Hitrost alosteričnih encimov uravnavajo snovi, ki se vežejo na alosterične centre. Če te snovi pospešijo reakcijo, se imenujejo aktivatorji, če se upočasnijo - zaviralci.

Razvrstitev encimov

Glede na vrsto kemičnih transformacij, ki jih katalizirajo, so encimi razdeljeni v 6 razredov:

1. oksireduktaze(prenos atomov vodika, kisika ali elektronov iz ene snovi v drugo - dehidrogenaza),
2. transferaze(prenos metilne, acilne, fosfatne ali amino skupine iz ene snovi v drugo - transaminaza),
3. hidrolaze(hidrolizne reakcije, pri katerih iz substrata nastaneta dva produkta - amilaza, lipaza),
4. liaze(nehidrolitična adicija na substrat ali odcepitev skupine atomov od njega, pri čemer se lahko prekinejo vezi C-C, C-N, C-O, C-S - dekarboksilaza),
5. izomeraze(intramolekularna preureditev - izomeraza),
6. ligaze(povezava dveh molekul kot posledica tvorbe C-C, C-N, C-O, C-S vezi - sintetaza).

Razredi so nato razdeljeni na podrazrede in podrazrede. V trenutni mednarodni klasifikaciji ima vsak encim posebno kodo, sestavljeno iz štirih številk, ločenih s pikami. Prva številka je razred, druga je podrazred, tretja je podrazred, četrta je serijska številka encima v tem podrazredu, na primer koda arginaze je 3.5.3.1.

Pojdi do predavanja št. 2"Zgradba in funkcije ogljikovih hidratov in lipidov"

Pojdi do predavanja št. 4"Zgradba in funkcije nukleinskih kislin ATP"

Protein je zaporedje aminokislin, ki so med seboj povezane s peptidnimi vezmi.

Zlahka si je predstavljati, da je lahko število aminokislin različno: od najmanj dveh do poljubnih razumnih vrednosti. Biokemiki so se strinjali, da če število aminokislin ne presega 10, potem se taka spojina imenuje peptid; če je aminokislin 10 ali več – polipeptid. Polipeptide, ki so sposobni spontano oblikovati in vzdrževati določeno prostorsko strukturo, imenovano konformacija, uvrščamo med proteine. Stabilizacija takšne strukture je možna šele, ko polipeptidi dosežejo določeno dolžino (več kot 40 aminokislin), zato se polipeptidi z molekulsko maso nad 5000 Da običajno štejejo za proteine. (1 Da je enak 1/12 izotopa ogljika). Le z določeno prostorsko strukturo (nativno strukturo) lahko protein opravlja svoje funkcije.

Velikost beljakovine se lahko meri v daltonih (molekulska masa), pogosto zaradi relativno velike velikosti molekule v njenih izpeljanih enotah, kilodaltonih (kDa). Beljakovine kvasovk so v povprečju sestavljene iz 466 aminokislin in imajo molekulsko maso 53 kDa. Največji trenutno znan protein, titin, je sestavni del mišičnih sarkomer; Molekulska masa njegovih različnih izooblik se giblje od 3000 do 3700 kDa in je sestavljena iz 38.138 aminokislin (v človeški solius mišici).

Struktura beljakovin

Tridimenzionalna struktura proteina se oblikuje med procesom zvijanja. zlaganje -"zlaganje") Tridimenzionalna struktura nastane kot posledica interakcije struktur na nižjih nivojih.

Obstajajo štiri ravni strukture beljakovin:

Primarna struktura- zaporedje aminokislin v polipeptidni verigi.

Sekundarna struktura- to je postavitev v prostoru posameznih odsekov polipeptidne verige.

Sledijo najpogostejše vrste sekundarne strukture beljakovin:

α-vijačnice- gosti zavoji okoli dolge osi molekule, en zavoj je sestavljen iz 3,6 aminokislinskih ostankov, korak vijačnice pa je 0,54 nm (0,15 nm na aminokislinski ostanek), vijačnica je stabilizirana z vodikovimi vezmi med H in O peptidnih skupin, ki so druga od druge oddaljene za 4 aminokislinske ostanke. Heliks je zgrajen izključno iz ene vrste aminokislinskega stereoizomera (L). Čeprav je lahko levičar ali desničar, v beljakovinah prevladuje desničar. Vijačnico motijo ​​elektrostatične interakcije glutaminske kisline, lizina in arginina. Ostanki asparagina, serina, treonina in levcina, ki se nahajajo blizu drug drugega, lahko sterično motijo ​​tvorbo vijačnice, ostanki prolina povzročajo upogibanje verige in tudi motijo ​​strukturo α-vijačnice.

β-nagubane plasti- več cikcakastih polipeptidnih verig, v katerih se tvorijo vodikove vezi med aminokislinami ali različnimi proteinskimi verigami, ki so v primarni strukturi med seboj relativno oddaljene (0,347 nm na aminokislinski ostanek) in ne tesno razporejene, kot je to v primeru α -vijačnica. Te verige imajo običajno N-terminalne konce v nasprotnih smereh (antiparalelna orientacija). Majhne velikosti stranskih skupin aminokislin so pomembne za tvorbo β-listov; običajno prevladujeta glicin in alanin.

Zvijanje beljakovin v β-naguban list

Neurejene strukture so neurejena razporeditev beljakovinske verige v prostoru.

Prostorska struktura vsakega proteina je individualna in jo določa njegova primarna struktura. Vendar pa je primerjava konformacij proteinov z različnimi strukturami in funkcijami pokazala prisotnost podobnih kombinacij elementov sekundarne strukture v njih. Ta poseben vrstni red nastajanja sekundarnih struktur imenujemo supersekundarna struktura proteinov. Supersekundarna struktura nastane zaradi interradikalnih interakcij.

Določene značilne kombinacije α-vijačnic in β-struktur se pogosto imenujejo "strukturni motivi". Imajo posebna imena: "α-helix-turn-α-helix", "α/β-barrel structure", "levcinska zadrga", "cinkov prst" itd.

Terciarna struktura- To je način umestitve celotne polipeptidne verige v prostor. Skupaj z α-vijačnicami, β-nagubanimi listi in supersekundarnimi strukturami terciarna struktura razkriva neurejeno konformacijo, ki lahko zavzema pomemben del molekule.

Shematski prikaz zvijanja beljakovin v terciarno strukturo.

Kvartarna struktura se pojavi v proteinih, ki so sestavljeni iz več polipeptidnih verig (podenot, protomerov ali monomerov), ko se terciarne strukture teh podenot združijo. Na primer, molekula hemoglobina je sestavljena iz 4 podenot. Supramolekularne tvorbe imajo kvartarno strukturo - večencimski kompleksi, ki so sestavljeni iz več molekul encimov in koencimov (piruvat dehidrogenaza) in izoencimov (laktat dehidrogenaza - LDH, kreatin fosfokinaza - CPK).

torej. Prostorska struktura ni odvisna od dolžine polipeptidne verige, temveč od zaporedja aminokislinskih ostankov, značilnega za posamezen protein, kot tudi od stranskih radikalov, značilnih za ustrezne aminokisline. Prostorsko tridimenzionalno strukturo ali konformacijo beljakovinskih makromolekul tvorijo predvsem vodikove vezi, hidrofobne interakcije med nepolarnimi stranskimi radikali aminokislin in ionske interakcije med nasprotno nabitimi stranskimi skupinami aminokislinskih ostankov. Vodikove vezi igrajo veliko vlogo pri oblikovanju in vzdrževanju prostorske strukture beljakovinske makromolekule.

Kar zadeva hidrofobne interakcije, nastanejo kot posledica stika med nepolarnimi radikali, ki ne morejo prekiniti vodikovih vezi med molekulami vode, ki se premaknejo na površino beljakovinske globule. Ko poteka sinteza beljakovin, se nepolarne kemične skupine kopičijo znotraj kroglice, polarne pa se izrivajo na njeno površino. Tako je lahko beljakovinska molekula nevtralna, pozitivno ali negativno nabita, odvisno od pH topila in ionskih skupin v beljakovini. Poleg tega se konformacija proteinov vzdržuje s kovalentnimi S-S vezmi, ki nastanejo med dvema cisteinskima ostankoma. Zaradi tvorbe naravne strukture proteina se številni atomi, ki se nahajajo v oddaljenih delih polipeptidne verige, zbližajo in medsebojno vplivajo, pridobijo nove lastnosti, ki jih v posameznih aminokislinah ali majhnih polipeptidih ni.

Pomembno je razumeti, da je zvijanje – zvijanje proteinov (in drugih biomakromolekul) iz nerazvite konformacije v »nativno« obliko – fizikalni in kemični proces, zaradi katerega proteini v svojem naravnem »habitatu« (raztopina, citoplazma ali membrana) pridobijo samo zanje značilne prostorske postavitve in funkcije.

Celice vsebujejo številne katalitsko neaktivne proteine, ki kljub temu pomembno prispevajo k nastanku prostorskih proteinskih struktur. To so tako imenovani spremljevalci. Šaperoni pomagajo pri pravilnem sestavljanju tridimenzionalne konformacije proteina tako, da tvorijo reverzibilne nekovalentne komplekse z delno prepognjeno polipeptidno verigo, hkrati pa zavirajo napačno oblikovane vezi, ki vodijo do tvorbe funkcionalno neaktivnih proteinskih struktur. Seznam funkcij, značilnih za šaperone, vključuje zaščito staljenih (delno prepognjenih) globul pred agregacijo, kot tudi prenos novo sintetiziranih beljakovin v različne celične lokuse.

Šaperoni so pretežno proteini toplotnega šoka, katerih sinteza se ob stresnih temperaturnih vplivih močno poveča, zato jih imenujemo tudi hsp (heat shock proteins). Družine teh proteinov najdemo v mikrobnih, rastlinskih in živalskih celicah. Razvrstitev šaperonov temelji na njihovi molekulski masi, ki se giblje od 10 do 90 kDa. So beljakovine, ki pomagajo pri oblikovanju tridimenzionalne strukture beljakovin. Šaperoni ohranjajo na novo sintetizirano polipeptidno verigo v razpetem stanju, preprečujejo njeno zvijanje v obliko, ki je drugačna od nativne, in zagotavljajo pogoje za edino pravilno, nativno proteinsko strukturo.

Med zvijanjem beljakovin se nekatere konformacije molekule zavrnejo na stopnji staljene globule. Razgradnjo takšnih molekul sproži protein ubikvitin.

Razgradnja beljakovin po ubikvitinski poti vključuje dve glavni stopnji:

1) kovalentna vezava ubikvitina na protein, ki se razgradi skozi ostanek lizin, prisotnost takšne oznake v proteinu je primarni signal za razvrščanje, ki usmerja nastale konjugate v proteasome, v večini primerov je na protein pritrjenih več molekul ubikvitina, ki so organizirane v obliki kroglic na vrvici;

2) hidroliza proteinov s proteasomom (glavna funkcija proteasoma je proteolitična razgradnja nepotrebnih in poškodovanih proteinov v kratke peptide). Ubikvitin se upravičeno imenuje "smrtno znamenje" za beljakovine.

Dom?n veverica? - element terciarne strukture proteina, ki je dokaj stabilna in neodvisna podstruktura proteina, katere zvijanje poteka neodvisno od ostalih delov. Domena običajno vključuje več elementov sekundarne strukture. Strukturno podobne domene ne najdemo le v sorodnih beljakovinah (na primer v hemoglobinu različnih živali), ampak tudi v popolnoma različnih beljakovinah. Protein ima lahko več domen in te regije lahko opravljajo različne funkcije v istem proteinu. Nekateri encimi in vsi imunoglobulini imajo domensko strukturo. Proteini z dolgimi polipeptidnimi verigami (več kot 200 aminokislinskih ostankov) pogosto tvorijo domenske strukture.

1. Struktura ene beljakovine je določena:

1) skupina genov 2) en gen

3) ena molekula DNA 4) celota genov organizma

2. Gen kodira informacije o zaporedju monomerov v molekuli:

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

3. Trojčki se imenujejo antikodoni:

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

4. Plastična izmenjava je sestavljena predvsem iz reakcij:

1) razgradnja organskih snovi 2) razgradnja anorganskih snovi

3) sinteza organskih snovi 4) sinteza anorganskih snovi

5. Sinteza beljakovin v prokariontski celici poteka:

1) na ribosomih v jedru 2) na ribosomih v citoplazmi 3) v celični steni

6. Postopek oddajanja se zgodi:

1) v citoplazmi 2) v jedru 3) v mitohondrijih

4) na membranah grobega endoplazmatskega retikuluma

7. Sinteza poteka na membranah zrnatega endoplazmatskega retikuluma:

1)ATP; 2) ogljikovi hidrati; 3) lipidi; 4) beljakovine.

8. En trojček kodira:

1. ena AK 2 en znak organizma 3. več AK

13. Faze biosinteze beljakovin.

1.transkripcija, prevod 2.transformacija, prevod

3.transorganizacija, transkripcija

14. Antikodon tRNA je sestavljen iz nukleotidov UCG. Kateri triplet DNK ji je komplementaren?

1.UUG 2. TTC 3. TCG

2) molekula, sestavljena iz dveh novih verig DNA

4) hčerinska molekula, sestavljena iz ene stare in ene nove verige DNA

18. Predloga za sintezo molekule mRNA med transkripcijo je:

1) celotno molekulo DNA 2) celotno eno od verig molekule DNA

4) v nekaterih primerih ena od verig molekule DNA, v drugih - celotna molekula DNA.

19. Proces samopodvajanja molekule DNA.

1.replikacija 2.popravilo

3. reinkarnacija

20. Med biosintezo beljakovin v celici energija ATP:

1) porabljeno 2) shranjeno

21. V somatskih celicah večceličnega organizma:

1) različni nabor genov in proteinov 2) isti nabor genov in proteinov

3) isti niz genov, vendar drugačen niz beljakovin

23. Kateri od procesov se ne pojavlja v celicah katere koli strukture in funkcije:

1) sinteza beljakovin 2) metabolizem 3) mitoza 4) mejoza

24. Pojem "transkripcija" se nanaša na postopek:

1) podvajanje DNA 2) sinteza mRNA na DNA

3) prenos mRNA na ribosome 4) tvorba proteinskih molekul na polisomu

25. Del molekule DNA, ki nosi informacijo o eni proteinski molekuli, je:

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

26. Transkripcija pri evkariontih poteka v:

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

27. Sinteza beljakovin poteka v:

1) granularni endoplazmatski retikulum

2) gladek endoplazmatski retikulum 3) jedro 4) lizosomi

28. Ena aminokislina je kodirana:

1) štirje nukleotidi 2) dva nukleotida

29. Trojček nukleotidov ATC v molekuli DNA bo ustrezal kodonu molekule mRNA:

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

30. Ločila genetske kode:

1. kodirajo določene proteine ​​2. sprožijo sintezo proteinov

3. zaustaviti sintezo beljakovin

31. Proces samopodvajanja molekule DNA.

1. replikacija 2. reparacija 3. reinkarnacija

32. Funkcija mRNA v procesu biosinteze.

1.shranjevanje dednih informacij 2.transport AK do ribosomov

33. Proces, ko tRNA pripelje aminokisline do ribosomov.

1.transkripcija 2.prevod 3.transformacija

34. Ribosomi, ki sintetizirajo isto proteinsko molekulo.

1.kromosom 2.polisom 3.megakromosom

35. Postopek, pri katerem aminokisline tvorijo beljakovinsko molekulo.

1.transkripcija 2.prevod 3.transformacija

36. Reakcije matrične sinteze vključujejo ...

1.Podvajanje DNK 2.transkripcija, translacija 3.oba odgovora sta pravilna

37. En trojček DNK nosi informacije o:

1.Zaporedja aminokislin v proteinski molekuli

38. Gen kodira informacije o:

1) struktura beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov 2) primarna struktura beljakovin

3) nukleotidna zaporedja v DNK

4) aminokislinska zaporedja v 2 ali več proteinskih molekulah

39. Sinteza mRNA se začne z:

1) ločitev DNA na dve verigi 2) interakcija encima RNA polimeraze in gena

40. Transkripcija se zgodi:

1) v jedru 2) na ribosomih 3) v citoplazmi 4) na kanalih gladkega ER

41. Sinteza beljakovin ne poteka na ribosomih v:

1) povzročitelj tuberkuloze 2) čebele 3) mušnica 4) bakteriofag

42. Med prevajanjem je predloga za sestavljanje polipeptidne verige proteina:

1) obe verigi DNA 2) ena od verig molekule DNA

3) molekula mRNA 4) v nekaterih primerih ena od verig DNA, v drugih - molekula mRNA