оборотність денатурації
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Видалення денатуруючих агентів діалізом призводить до відновлення конформації і функ-ції білка, тобто кренатіваціі (ренатурації).
У пробірці (in vitro) найчастіше це - незворотний процес. Якщо ж денатурований білок помістити в умови, близькі до нативним, то він може ренатуріровать, але дуже повільно, і таке явище характерне не для всіх білків.
In vivo, в організмі можлива швидка ренатурації. Це пов'язано з виробленням в живому організмі специфічних білків, які «дізнаються» структуру денатурованого білка, приєднуються до нього за допомогою слабких типів зв'язку і створюють оптимальні умови для ренатурації. Такі специфічні білки відомі як «шаперони».
Білки -ша-Перон мають здатність зв'язок-тися з частково денатурованими, знаходячи-щимися в нестійкому, схильному до агрегації стані білками і відновлювати їх нативну конформацію. Шаперони утворюють комплекс, всередині якого знаходиться порожнина. Білок, що має на своїй поверхні фрагменти, збагачені гідрофобними амінокислот-ними залишками, потрапляє в порожнину шаперонінового комплексу. У цій поло-сті в умовах ізольованості від інших молекул цитозоля клітини вибір можливих конформацій білка відбувається до тих пір, поки не буде знайдена енергетично найбільш вигідна конформація. Шаперонзавісімое формування нативної конформаций пов'язано з витрачанням значитель-ного кількості енергії, джерелом якої служить АТР.
Задовільною універсальної класифікації білків поки немає. Існуючі класифікації часто суперечать один одному і мають обмежену цінність. Існують системи класифікації білків, засновані на їх розчинності, конформації, хімічною будовою, за функціями.
За розчинності. Введена в 1907-1908 рр. Продовжує використовуватися і до теперішнього часу. Відповідно до цієї класифікації білки діляться на водорозчинні (альбуміни), солерозчинних (глобуліни), спирторозчинні (проламіни) і нерозчинні (склеропротеіни). Однак строго встановлених меж між групами білків не існує.
За конформационной структурі. фіблярні, глобулярні і мембранозв'язані. Прикладом мембранозв'язані білка є калій, натрій - АТФза.
За хімічною будовою: прості білки або протеїни - складаються тільки з амінокислот, складні білки - протеїди - крім амінокислот мають у складі небілкової частина (вуглеводи, ліпіди, метали, нуклеїнові кислоти).
До простих білків відносяться: альбуміни, глобуліни, гістони, протаміни, склеропротеіни (колаген) і т.д.
Альбуміни складають більшу частину білків плазми крові. Завдяки високому вмісту дикарбонових амінокислот альбуміни утримують катіони і відіграють основну роль в збереженні колоїдно-осмотичного тиску. Також альбуміни транспортують деякі гідрофобні метаболіти і лікарські засоби.
Глобуліни - гетерогенна складна суміш білкових молекул з великою молекулярною масою. Виконують транспортну, захисну та інші функції. Глобуліни часто містять вуглеводну частину.
Склеропротеіни (колаген) - фібрилярні білки. Пептидная ланцюг колагену містить близько 1000 амінокислотних залишків, з яких кожна третя амінокислота - гліцин, 20% складають пролин і гидроксипролин, 10% аланин, 40% - інші амінокислоти. Основна функція - структурний білок.
Складні білки складаються з білкової частини (апопротеїн) і небілкової частини (простетичної група) і називаються холопротеінамі. До складних білок відносяться:
1) Нуклеопротеїди - простетичної група - нуклеїнові кислоти. Серед численних класів нуклеопротеидов найбільш вивченими є рибосоми, що складаються з декількох молекул РНК і рибосомних білків, і хроматин - основний нуклеопротеїд еукаріотів, що складається з ДНК і структуроутворюючих білків - гістонів.
2) гемопротеидов - небілковий компонент цих протеидов - гем, побудований з чотирьох піррольних кілець, з ними пов'язаний іон двовалентного заліза (через атоми азоту). До таких білків належать: гемоглобін, міоглобін, цитохроми. Цей клас білків ще називають хромопротеїди, оскільки гем є забарвленим з'єднанням. Функції гемоглобін - транспорт кисню, функція міоглобіну - запасання кисню в м'язах. Функції цитохромов (ферменти) - каталіз окислювально-восстановаітельних реакцій і електронний транспорт в дихальної ланцюга.
3) Металлопротєїди - до складу простетичної групи входять метали. Приклади: цитохром а - містить мідь.
4) Ліпопротєїди - містять ліпіди (триацилгліцеридів, фосфоліпіди, холестерол)
5) Фосфопротеіди - містять залишок фосфорної кислоти
6) глюкопротеідамі - містять цукру (нейтральні цукру, аміноцукри, кислі похідні моносахаридів);
У будь-якому живому організмі містяться тисячі білків, що виконують різноманітні функції (рис). Щоб дати уявлення про розмаїття білків, на схемі зі збільшенням приблизно 1 х 1500000 наведено загальний вигляд молекул (з дотриманням форми і розміру) ряду поза- і внутрішньоклітинних білків. Функції, що їх білками, розподіляються приблизно таким чином.
Структуроутворюючі функції. Структурні білки відповідають за підтримання форми і стабільності клітин і тканин. Як приклад структурного білка на схемі представлений фрагмент молекули колагену. У заданому масштабі ціла молекула колагену розміром 1500000 • 300 нм зайняла б три сторінки. До структурних білків можна віднести також гістони. функцією яких є організація укладання ДНК в хроматині. Структурні одиниці хроматину, нуклеосоми. складаються з октамерний комплексу гістонів, на який нанесена молекула ДНК (DNA).
Транспортні функції. Найбільш відомим транспортним білком є гемоглобін еритроцитів (зліва внизу), відповідальний за перенесення кисню і діоксиду вуглецю між легкими і тканинами. У плазмі крові містяться безліч інших білків, що виконують транспортні функції. Так, преальбумін переносить гормони щитовидної залози - тироксин і трііодтіронін, трансферин переносить залізо. Іонні канали та інші інтегральні мембранні білки здійснюють транспорт іонів і метаболітів через біологічні мембрани.
Захисні функції. Імунна система захищає організм від збудників хвороб і чужорідних речовин. В якості ключового компонента цієї системи тут представленіммуноглобулін G. який на еритроцитах утворює комплекс з мембранними гліколіпідами.
Регуляторні функції. У біохімічних сигнальних ланцюгах білки здійснюють функції сигнальних речовин (гормонів) і гормональних рецепторів. Як приклад тут представлений комплекс гормону росту соматотропіну з відповідним рецептором. При цьому позаклітинні (екстрацелюлярний) домени двох молекул рецептора пов'язують одну молекулу гормону. Зв'язування з рецептором активує цитоплазматичні домени комплексу і тим самим забезпечує подальшу передачу сигналу. У регуляції обміну речовин і процесів диференціювання приймають вирішальне участь ДНК-ассоцірованіие білки (фактори транскрипції).
Каталозі. Серед білків найбільш численну групу складають ферменти. Самі низькомолекулярні з них мають мовляв. масу 10-15 кДа. Білки середнього розміру, як, наприклад, наведена на схемі алкогольдегидрогеназа. мають мол.масса 100-200 кДа. Молекулярна маса високомолекулярних ферментів, до яких відноситься глутамінсінтетаза. побудована з 12 мономерів, можуть досягати 500 кДа. Ця функція в 1982 році перестала вважатися унікальною. З'ясувалося, що деякі РНК теж мають каталітичну активність. Їх називають РНКзімамі або рибоза.
Рухові функції. Взаємодія актину з міозином відповідально за м'язове скорочення і інші форми біологічної рухливості. Міозин (зліва) довжиною 150 нм - один з найбільш великих білків. Ниткоподібний актин (F-актин) утворюється шляхом полімеризації відносно невеликих молекул глобулярного актину (G-актин). Процесом скорочення управляють асоційований з F-актином тропомиозин і інші регуляторні білки.
Запасні функції. У рослинах містяться запасні білки. явлющіеся цінними харчовими речовинами, наприклад, гліадин - білок зерен пшениці. В організмах тварин м'язові білки служать резервними поживними речовинами, які мобілізуються за крайньої необхідності. У молоці міститься білок казеїн.
Опорна - сухожилля, поверхні суглобів з'єднання кісток утворені в значній мірі білками, наприклад, колаген, еластин.
Енергетична - амінокислоти білків можуть надходити на шлях гліколізу, який забезпечує клітину енергією.
Трансформація енергії. Білки сечаткі очі родопсин і ретинен трансформують світлову енергію в електричну.
Будь-білок - амфотерний поліелектроліт. Білки сприяють підтримці певних значень рН в різних відсіках клітини, забезпечуючи цим компартментализацию.
Ізофункціональние білки - це сімейства білків, що виконують однакову або близьку функцію, але мають невеликі особливості в будові, що надає їм свої фізіологічні особливості. Наприклад, гемоглобіни людини.
Гемоглобін А - тетрамер: (2a2b). Становить близько 98% гемоглобіну еритроцитів дорослої людини.
Гемоглобін А2 - тетрамер (2a2d). Його утримуючи-ня в еритроцитах дорослої людини дорівнює 2%.
Гемоглобін ембріональний - тетрамер (2a2e). Виявляється на ранніх етапах розвитку плода.
Гемоглобін F - тетрамер (2a2g). Приходить на зміну раннього гемоглобіну плода на 6-му місяці розвитку.
Таким чином, всі типи гемоглобіну містять однакову a-ланцюг і розрізняються по другій ланцюга. Гемоглобіни виконують одну функцію - транспорт кисню, але завдяки особливостям будови розрізняються за ступенем спорідненості до кисню. У гемоглобіну F спорідненість до кисню вище, це забезпечує дифузію кисню від гемоглобіну А крові матері до гемоглобіну F плода.
Ізобелкі - це множинні форми білка, які виявляються в організмі одного виду. Наприклад, колаген.
Гомологічні білки - це білки, які виконують однакові функції в організмі різних видів.
Сімейства родинних білків. В ході еволюції в межах одного і того ж виду біохімічні заміни амінокислот можуть призводить до виникнення різних білків, що виконують подібні функції і мають незначні відмінності по амінокислотної послідовності. Наприклад, білки суперсімейства імуноглобулінів (рис.6).
Імуноглобуліни (Ig), або антитіла. є сімейством Y-образних (по просторовій структурі) гликопротеинов, у яких обидві вершини ( «літери Y») можуть пов'язувати антиген. Імуноглобуліни знаходяться в вигляді мембранних білків на поверхні лімфоцитів і в вільному вигляді в плазмі крові. На схемі показана структура найбільш важливого з них - імуноглобуліну класу G (IgG). Молекула являє собою великий тетрамер (Н2 L2 з 150 кДа) з двох ідентичних важких ланцюгів (Н-ланцюгів) і двох ідентичних легких ланцюгів (L-ланцюгів). В обох H-ланцюгах є ковалентно пов'язаний олігосахарид.
Імуноглобуліни розщеплюються протеиназой папаїном на два Fab-фрагменти і один Fc-фрагменти. Обидва Fab-фрагменти (від англ. Antigen binding fragment - антиген-зв'язуючий фрагмент) складаються відповідно з однією L-ланцюга і N-кінцевій частині H-ланцюга. Ізольовані Fab-фрагменти зберігають здатність зв'язувати антиген. Fс-фрагменти (від англ. Fragment crystallizable - здатний кристалізуватися) складається з С-кінцевий половини обох H-ланцюгів. Ця частина IgG виконує функції зв'язування з клітинної поверхнею, взаємодії з системою комплементу і бере участь в перенесенні антитіл клітинами.
Незважаючи на велику різноманітність в імуноглобулінах дотримується загальний принцип будови. Обидві важкі пептидні ланцюга (Н-ланцюги) IgG складаються з чотирьох глобулярних доменовVH, СH 1, СH 2 і СH 3. обидві легені (L- ланцюга) - з двох глобулярних доменів CL і VL. При цьому літери С і V відповідно позначають константні (англ. Constant) і варіабельні (англ. Variable) області. Обидві важкі ланцюги, а також важка ланцюг з легкої, пов'язані дисульфідними містками. Дисульфідні містки всередині доменів стабілізують третинну структуру. Домени мають довжину близько 110 амінокислот і мають взаємний гомологією. Така структура антитіл, очевидно, виникла завдяки дуплікації гена.
У центральній області молекул імуноглобулінів розташований шарнірний ділянку, який надає антитіл внутрішньо-молекулярні рухливість.