14.38M

Category:

chemistry

Пептиды и белки

1.

Ставропольский государственный медицинский
университет
Кафедра общей и биологической химии
Пептиды и белки
1

2.

План лекции
• Пептидная связь
• Уровни организации белковой молекулы
• Химические и физические свойства белков
• Методы анализа белков
• Функции белков
• Антимикробные пептиды
2

Простые
Протеины
•Альбумины
•Глобулины
•Гистоны
•Протамины
•Проламины
Белки
Сложные
Протеиды
•Фосфопротеины
(казеин молока)
•Нуклеопротеиды
•Хромопротеиды
•Гликопротеиды
•Склеропротеины
(кератин, коллагены,
эластин, фиброин)
3

4.

Простые белки:
1) Альбумины
2) Глобулины
З) Гистоны
4) Склеропротеины

5.

Сложные белки :
1. Нуклеопротеины
2.
Гемопротеины
3. Металлопротеины
4. Липопротеины
5. Фосфопротеины
6. Глюкопротеины

6.

Состав белков
16%
2%
Углерод
Водород
53%
23%
6%
Кислород
Азот
Сера
6

7.

Плазма крови содержит ≈ 300 белков. Их
концентрация определяется тремя основными
факторами: скоростью синтеза, скоростью
метаболизма и объемом жидкости, в котором
распределены белки.
7

8.

Нормальное содержание белков в плазме крови – 65-85 г/л
(у новорожденных – 50-60 г/л, уровня взрослых достигает к
трем годам).
Методом высаливания нейтральными солями из плазмы
крови выделяют три группы белков:
альбумины – 40-50 г/л
глобулины – 20-30 г/л
фибриноген – 2–4 г/л.
Плазма крови, лишенная фибриногена, называется сывороткой.
8

9.

В организме взрослого человека
происходит постоянное обновление белков
крови – за сутки разрушается и вновь
синтезируется
около 17 г альбумина и
5 г глобулинов.
9

10.

Почти все белки плазмы, за исключением альбумина,
являются гликопротеинами,
количество углеводов в их составе варьируется от 1%
до 40% (кислый гликопротеин).
Олигосахариды присоединяются к белкам, образуя
гликозидные связи с гидроксильной группой серина
или треонина, или взаимодействуя с карбоксильной
группой аспарагина.
10

11.

ОБРАЗОВАНИЕ ПЕПТИДНОЙ
СВЯЗИ
11

12.

O
H2 N-CH-C
R
O
+ H2 N-CH-C
OH
O
+ H2 N-CH-C
OH
R'
R''
OH
пептидная связь
N-конец
O
O
C-конец
H2 N-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH
R
R'
R"
трипептид
13

13.

O
O
H2 N-CH-C NH-CH2 -C
CH3
Ала
Гли
O
NH-CH-C OH
CH2 -C6 H5
Фен
аланил глицил фенилаланин
14

14.

15.

16.

Замена одного аминокислотного остатка на
другой может привести к патологии.
Например,
в белковой цепи гемоглобина замена
Глутаминовой кислоты на Валин
приводит к тяжелому заболеванию –
серповидноклеточной анемии
17

17.

Строение пептидной (амидной) группы
O
C
N
H

18.

19.

Изоэлектрическая точка пептидов и белков
Пептид: Тре-Фен-Тир.
Содержит одну COOH и одну NH2
ИЭТ будет равна 5-6 (pI≈7).
Пептид: Гли-Лиз-Тир.
Содержит одну COOH и две NH2
ИЭТ будет равна 8-11 (pI>7).
Пептид: Глу-Ала-Цис.
Содержит две COOH и одну NH2
ИЭТ будет равна 3 (pI<7).

20.

ПОЛИПЕПТИДЫ
21

21.

Уровни организации полипептидной
цепи
Первичный
пептидная связь
Вторичный
пептидная,
водородная связи
Четвертичный
водородная связь,
гидрофобное
взаимодействие
Третичный
пептидная, водородная,
ионная, дисульфидная связи,
гидрофобное взаимодействие
22

22.

Уровни организации белковой
молекулы
• Первичная
структура
последовательность
аминокислотных остатков
Разрушение первичной
структуры – гидролиз!
Первичная структура
инсулина человека
(http://www.interactive-biology.com)
23

23.

24.

Вторичная структура белка
• упорядочивание за счет водородных связей
Альфа спирали
Лайнус Карл Полинг
(1901-1994)
Нобелевская премия по химии 1954 г.
25

25.

β-складчатая структура
(параллельная)
N-конец
N-конец
R-HC
C =O:
H- N
R-HC
C =O
H- N
CH-R
O= C
C H-R
:O= C
N-H
R-HC
C-конец
N -H
R-HC
C-конец
26

26.

β-складчатая структура
(антипараллельная)
N-конец
C-конец
R-HC
CH-R
C =O:
H-N
H- N
C =O
CH-R
R-HC
O= C
N-H
N-H
R-HC
C-конец
:O= C
CH-R
N-конец
27

27.

Вторичная структура белка
• β- складки
28

28.

29.

Прионы
• Инфекционные белки.
• PrPC нормальный
мембранный белок
нервных клеток
• PrPSc «патологическая»
конформация.
PrPC
PrPSc
α-спирали переходят в β-складки
30

30.

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА
Пространственное расположение полипептидной цепи, обусловленное
взаимодействием между боковыми группами аминокислотных остатков
гидрофобные
водородные
ковалентные
ионные
31

31.

C =O
H- N
O= C
H-N
O= C
CH-CH2 -COOH +
H2 N-(CH2 )4 -H C
N-H
Асп
Лиз
CH-CH2 -COO -
C =O
+
H3 N-(CH2 )4 -HC
N-H
ионная связь
32

32.

H- N
O= C
C =O
CH-CH2 -SH
Цис
+
HS-CH2 -HC
N-H
[O]
Цис
H- N
O= C
C =O
CH-CH2 -S- S-CH2 -HC
N-H
+ H2O
дисульфидный
мостик
33

33.

Фибриллярные и глобулярные белки
Фиброин – белок шелка
Коллаген
Кератины
Ферменты, антитела
34

34.

Коллаген
35

35.

36.

Четвертичная структура:
Для функционирования белков необходимо,
чтобы несколько полимерных цепей были
объединены в единый комплекс или агрегат.
37

37.

38.

Физические свойства белков
• Размер – в среднем 300-500 а/к,
• самый крупный – коннектин 38.138 а/к
• Заряд (изоэлектрическая точка)
Основные белки (гистоны, протамины, pI=11)
Кислые белки (пепсин, pI=1)
39

39.

Кислотный гидролиз
H2 N-CH2 -CO-NH-CH-COOH
глицилаланин
CH3
H2O, H+,to
+
+
H3 N-CH2 -COOH + H3 N-CH-COOH
Cl
Cl
CH3
гидрохлорид
глицина
гидрохлорид
аланина
40

40.

Щелочной гидролиз
H2 N-CH2 -CO-NH-CH-COOH
глицилаланин
CH3
H2O, NaOH,to
H2 N-CH2 -COONa +
натриевая соль
глицина
H2 N-CH-COONa
CH3
натриевая соль
аланина
41

41.

Ферментативный гидролиз
H2 N-CH2 -CO-NH-CH-COOH
CH3
глицилаланин
H2O, ферменты
H2 N-CH2 -COOH
глицин
+
H2 N-CH-COOH
CH3
аланин
42

42.

Качественная реакция на
пептидные связи
Биуретовая реакция
Белок + Cu(OH)2
красно-фиолетовое
окрашивание
43

43.

44.

Методы выделения
и очистки белка

45.

Диализ

46.

Гель-фильтрация

47.

Электрофорез в полиакриламидном геле в
присутствии додецилсульфата натрия

48.

49.

Электрофорезом (на ацетилцеллюлозе или агарозе)
выделяют:
альбумины – 55-65 %
α1-глобулины – 2-4 %
α2–глобулины – 4-8 %
β-глобулины – 8-12 % (иногда β1 и β2)
γ-глобулины – 12-18 %.
50

50.

Альбумины – это группа белков плазмы с
молекулярной массой около 40 кДа, содержат много
глутаминовой кислоты и поэтому имеют кислые
свойства и высокий отрицательный заряд при
физиологических рН.
51

51.

Глобулины – группа разнообразных белков плазмы с
молекулярной массой до 100 кДа, слабокислые или
нейтральные.
52

52.

Методы анализа белков
• Рентгеноструктурный анализ
Электронная микроскопия
53

53.

Функции белков
1. Каталитическая функция
Ферменты – катализаторы биохимических реакций
Более 5000 разных реакций
Очень высокая специфичность!
Модель «ключ-замок»
54

54.

2. Структурная функция белков
• Входят в состав всех мембранных и
немембранных органелл клетки
• Коллаген – соединительная ткань
• Кератин – волосы и ногти
• Актин и тубулин - цитоскелет
55

55.

3. Защитная функция
• Антитела (иммуноглобулины)
• синтезируются В-лимфоцитами, имеют высокое
сродство к чужеродным для организма
веществам (антигенам)
56

56.

4. Регуляторная функция
• Белки – гормоны (инсулин)
• Факторы роста
• Белки - регуляторы активности генов
(активаторы и репрессоры)
57

57.

5. Транспортная функция
• Гемоглобин
• Ионные каналы
мембран
58

58.

6. Энергетическая
белки могут служить источником энергии ( Дезаминирование
аминокислот)
Конечные продукты белкового обмена
мочевая кислота
мочевина
креатинин
креатин
59

59.

Физиологическая роль
белков плазмы крови:
1. Поддерживают коллоидно-осмотическое
(онкотическое) давление и постоянный объем
циркулирующей крови (ОЦК).
2. Принимают активное участие в свертывании крови.
Ряд белков, в том числе фибриноген, являются
основными компонентами системы свертывания.
60

60.

3. Определяют вязкость крови, которая в 4-5 раз
выше вязкости воды, что играет важную роль в
поддержании гемодинамических отношений в
кровеносной системе.
4. Принимают участие в поддержании постоянного
рН крови, как одна из важнейших составляющих
буферных систем крови.
61

61.

5. Транспортная функция (альбумин, транстиретин,
транскортин, трансферрин) – перенос
многих
веществ в т.ч. лекарственных средств (пенициллин,
салицилаты и др.) к тканям.
6. Играют важную роль в процессах гуморального
иммунитета (особенно иммуноглобулины).
62

62.

7. Поддерживают уровень катионов в крови, образуя
с ними недиализируемые комплексы (с белками
связано 40-50% кальция сыворотки, значительная
часть железа, магния, меди и других элементов).
8. Служат резервом аминокислот.
63

63.

Причины гипопротеинемий:
недостаточность поступления белков в организм
(при голодании, язвенной болезни, стенозе
привратника, опухолях)
недостаточность переваривания и всасывания
пищевых белков (при диспепсии, дизентерии,
гастроэнтеритах);
нарушение синтеза белков печенью (дефицит
ферментов синтеза белков при наследственных
гипопротеинемиях, гепатиты, циррозы; жировая
дистрофия печени);
хронические заболевания почек с
нефротическим компонентом.
64

64.

Физико-химические свойства пептидов и белков
65

65.

Осаждение нативных белков
1. ВЫСАЛИВАНИЕ - это осаждение белков
высокими концентрациями нейтральных солей
щелочных и щелочноземельных металлов.
При высаливании сохраняется нативность
белковых молекул. Если осадить белки с помощью
высаливания, а затем уменьшить концентрацию
солей, например, методом диализа, то белок опять
растворится.

66.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ВОДООТНИМАЮЩИХ СРЕДСТВ.
Такими средствами являются растворители, которые
смешиваются с водой в любых соотношениях. Чаще
всего это ацетон, этиловый спирт.

67.

Денатурация белка
• Разрушение четвертичной, третичной и вторичной
структур белка
68

68.

ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕНАТУРАЦИЮ БЕЛКОВ
Физические факторы
Химические факторы
1. Высокие температуры. Для
1. Концентрированные кислоты и
разных белков характерна
щелочи. Например,
различная чувствительность к
трихлоруксусная кислота,
тепловому воздействию. Часть
белков подвергается денатурации азотная кислота.
2. Соли тяжелых металлов
уже при 40-50°С. Такие белки
(например, CuS04).
называют термолабильными.
Другие белки денатурируют при З. Органические растворители
гораздо более высоких
(этиловый спирт, ацетон)
температурах, они являются
4.Растительные алкалоиды.
термостабильными.
5.Мочевина в высоких
2. Ультрафиолетовое облучение концентрациях
З. Рентгеновское и
радиоактивное облучение
4.Ультразвук
5.Механическое воздействие
(например, вибрация).