Белки. Функции белков

1. БЕЛКИ

1

2. Литература

Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия – М.: Просвещение, 1987.
Молекулярная биология. Структура и функции белков. / Под ред.
В.М. Степанова. – М.: Высшая школа, 1996.
Ешкайт Х.-Д., Якубке Х. Аминокислоты, пептиды, белки. – М.: Мир,
1985.
Белки и пептиды. В 2-х т. / Отв.ред. В.Т.Иванов, В.М.Липкин. – М.:
Наука, 1995.
Проблема белка. В 4-х т. / Отв. ред. В.Т.Иванов, Е.М.Попов. – М., Наука,
т.1 – 1995, т.2 – 1996, т.3 – 1997, т.4 – 2000.
Кольман Я., Рём К.-Г. Наглядная биохимия. / Пер. с нем. – М.: Мир, 2000.
Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. – М.: КД Университет,
2002.
Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. – М.: БИНОМПресс, 2003.
2

3. Белки

- природные высокомолекулярные
неразветвленные (линейные) полимеры,
построенные из остатков α-аминокарбоновых
кислот, соединенных амидной (пептидной)
связью.
R
N
C
H
H
R
O
C’
N
C
H
H
O
C’
3

4. Полипептидная цепь

Пептидный остов
(главная цепь)
Боковые радикалы
N-конец
Пептидная связь
C-конец
4

5. Функции белков

• служат катализаторами
разнообразных биохимических
реакций
• осуществляют транспорт
веществ внутри клеток и между
ними
• регулируют проницаемость
клеточных мембран
• являются строительным
материалом клеточных органелл
• участвуют в осуществлении
двигательных функций
• обеспечивают защиту от
инфекций и токсинов
• регулируют синтез
генетического материала
5

6. ПРОТЕОМ – полный набор белков, который данный организм может синтезировать

Функция белков
Доля от суммы
белков протеома
Метаболизм
17%
Энергетика клетки
3%
Репликация, рост и деление клетки
14%
Транскрипция
10%
Трансляция
5%
Структурные белки и др.
Внутриклеточный транспорт
49%
2%
6

7. Уровни организации белковых структур

7

8.

Иерархия белковых структур
первичная
вторичная
третичная
четвертичная
Последовательность аминокислот
α-спирали, β-слои, петли
Мотивы
Домены
Многодоменный белок
Белок, состоящий из нескольких
полипептидных цепей (субъединиц)
8

9. α-Спиральные белки, сходные по форме, но разные по функциям

9

10. Два разных по форме, но почти идентичных по функции белка (сериновые протеазы): химотрипсин и субтилизин

10

11.

СТЕРЕОИЗОМЕРЫ
АМИНОКИСЛОТ
COOH
CHO
C
C
CH2OH
OH
CH2OH
NH2
H
H
L-серин
L-глицеральдегид
Диастереоизомеры
N
N
Thr
Ile
11

12. Структурные особенности пептидной связи

Жесткость
Планарность
транс-Конфигурация
Длина 0.132 нм
С-N 0.149 нм
С=N 0.127 нм
12

13.

Пептидная связь – не двойная и не одинарная,
а полуторная!
13

14. Вращение валентных связей в полипептидной цепи

Отсчет величины двугранного угла (угла поворота): вид поперек (слева) и вдоль (справа) оси
вращения. Дальняя от нас валентная связь 0''— c — "ось координатного круга", центральная
связь 0'— 0'' — "ось вращения", ближняя к нам связь 0'— a — "стрелка на координатном
круге".
14

15. цис-транс-Изомерия пептидной группы

цис-т ранс-Изомерия пептидной группы
90%
10%
15

16. Вторичная структура белков

Вторичной структурой
называют пространственное
расположение атомов
главной цепи молекулы белка
на отдельных, более или
менее протяженных ее
участках.
16

17. Полипептидная цепь

Пептидный остов
(главная цепь)
Боковые радикалы
N-конец
Пептидная связь
C-конец
17

18. Вторичная структура полипептидов 

Вторичная структура
полипептидов
Спирали
18

19. Правая -спираль

Правая -спираль
3,613-спираль (5 1-связь)
Φ = -57о
Ψ = -47о
n = 3,6
d = 0.15 нм
h = n x d = 0.54 нм (шаг)
Угол поворота 100о
19

20. -Спираль

21

21.

Конформационные карты Рамачандрана
Конформации различных вторичных
структур на фоне карты разрешенных и
запрещенных конформаций
аминокислотных остатков.
27R, 27L: правая и левая спираль 27;
310R, 310L: правая и левая спираль 310;
αR, αL — правая и левая α-спираль;
πR, πL — правая и левая π-спираль.
β — β-структура.
Р — спираль Poly(Pro)II.
— конформации, разрешенные для
аланина (Ala);
— области, разрешенные лишь для
глицина, но не для аланина и других
остатков;
— области, запрещенные для всех
22
остатков.

22. Конформационные карты Рамачандрана

23

23.

β-Складчатая структура
24

24. β-Складчатая структура

Складчатый
лист
25

25. β-Складчатая структура

параллельная
Φ = -119о
Φ = -139о
Ψ = +113о
Ψ = +135о
антипараллельная
26

26. β-Складчатая структура

β-Изгибы
(стандартная нерегулярная вторичная структура)
27

27. β-Изгибы (стандартная нерегулярная вторичная структура)

β-Изгибы
28

28. β-Изгибы

Третичная структура белков
Коллаген и миоглобин
29

29. Третичная структура белков

Третичной структурой называют
- расположение в пространстве всех
атомов молекулы белка.
- свойственный данному белку способ
укладки полипептидной цепи в
пространстве.
К белкам относят полипептиды, способные
самопроизвольно формировать и удерживать
определенную пространственную структуру.
30

30. Третичная структура белков

Вторичная
структура
31

31.

Третичная структура зависит от всей
суммы взаимодействий в белковой
глобуле:
Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия
Водородные связи
Гидрофобные взаимодействия
Электростатические (ионные) взаимодействия
Дисульфидные связи
Координационные связи
Третичная структура – основа функциональности белка.
32

32. Третичная структура зависит от всей суммы взаимодействий в белковой глобуле:

Доменная структура белков
Начиная примерно с мол. массы 14-16 кДа
прослеживается тенденция к формированию
белковой молекулы из двух (и более) …
независимо образованных глобул, каждая из
которых имеет свое гидрофобное ядро.
33

33. Доменная структура белков

Что такое домен?
• Домен – это часть полипептидной цепи (или вся
цепочка) , которая сворачивается независимо в
стабильную третичную структуру. [C.Brenden &
John Tooze]
• Доменами в белках называют области в
третичной структуре, которым свойственна
определенная автономия структурной
организации. [Степанов В.М.]
Нередко, хотя и не всегда, структурная автономия домена
дополняется функциональной.
Домены составляют подуровень структурной организации
белка на пути от вторичной к третичной структуре.
34

34.

Глобулярные домены в -кристаллине
Классификация типов глобулярных белковых структур
(«чистые» β-белки, «чистые» -белки, и «смешанные» /β и +β белки)
относится к малым белкам, а также к отдельным доменам
(т.е. к компактным субглобулам, из которых сложены большие белки).
35

35. Глобулярные домены в -кристаллине

Упрощенные представления
белковых структур
Детальная укладка
(«fold»)
››
Мотив укладки
(«folding pattern»)
››
Упаковка: штабель
(«stack»)
36

36. Упрощенные представления белковых структур

Два близкородственных белка:
гемоглобин- и гемоглобин- лошади
37

37. Два близкородственных белка: гемоглобин- и гемоглобин- лошади

α-Белки
38

38. α-Белки

β-Белки
Ингибитор субтилизина
из Streptomyces
Домен 2 глицеральдегиддегидрогеназы Р
40
Домен 3 глутатион-редуктазы

39. -Белки

-β Белки (параллельные)
Домен 1 гексокиназы
Флаводоксин
Фосфоглицерат-мутаза
41

40. β-Белки

(антипараллельные)
Соевый ингибитор
трипсина
Рубредоксин
Домен 2 папаина
Рубредоксин
42

41. -β Белки (параллельные)

/β-Белки
Триозофосфат-изомераза (вид сбоку)
43
Триозофосфат-изомераза (вид сверху)
Пируват-киназа

42. β-Белки (антипараллельные)

Гемоглобин – белок с четвертичной структурой
44

43. /β-Белки

45

44. Гемоглобин – белок с четвертичной структурой

Относительные размеры белков
Инсулин
Цитохром с
Рибонуклеаза
Лизоцим
Миоглобин
Гемоглобин
Иммуноглобулин
Глутамин-синтетаза
47

45.

48