Лекция 1. Тема 1.
Тема 1. Введение. Предмет и задачи биологической химии. Основные разделы и направления в биохимии. Фундаментальное и прикладное
Биологическая химия (биохимия – от греч. bios - жизнь) – наука о структуре химических веществ, входящих в состав живой материи,
Биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию. Биохимия – это суперхимия, т.е. химия
Предмет биохимии 1. Неорганические и органические вещества, составляющие основу живых организмов. 2. Химические реакции,
Задачи биохимии: 1. Выделить из клеток многочисленные соединения, которые там находятся, определить их структуру и установить
Направления развития исследований в области биохимии: 1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот). 2. Организация и
Основные направления биохимии: – статическая и динамическая биохимии; – биохимия человека; – биохимия животных; – биохимия
Основные разделы биохимии: - энзимология; - молекулярная биология; - биоэнергетика; - молекулярная медицина; - молекулярная
Биохимия и другие биологические науки 1. Биохимия нуклеиновых кислот лежит в самой основе генетики. 2. Физиология, наука о
Тема 2. Строение, классификация и свойства протеиногенных аминокислот. Уровни структурной организации белков: первичная,
Протеиногенные аминокислоты – аминокислоты, из которых синтезируются белки, т.е. это те аминокислоты, которые кодируются
Структурная формула аминокислоты
Классификации аминокислот:
Классификация аминокислот по их химическому строению
Классификация аминокислот по их химическому строению
Классификация аминокислот по их химическому строению
Свойства аминокислот Все протеиногенные аминокислоты, за исключением глицина, имеют как минимум один асимметрический атом
Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды (амфотерность)
Образование пептидов в результате реакций конденсации
Схема образования пептидной связи
Плоская пептидная группа (на красном фоне). C―N-связь частично имеет характер двойной связи и поэтому вокруг неё свободное
Плоскости расположения пептидных групп и α-углеродных атомов в пространстве
Физико-химические свойства белков:
Структура белков
Возможные конформации белков
Первичная структура белков
Вторичная структура белков
α-Спираль
Вторичная структура белка в виде β-складчатого слоя
Супервторичная (надвторичная) структура белков
Конформации белков
Типы связей, возникающих между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры
Связи, принимающие участие в формировании третичной структуры белков
Связи, принимающие участие в формировании третичной структуры белков
Структура волоса и входящего в его состав α-кератина. Три α-спиральные цепи образуют скрученный (суперспирализованный)
Аминокислота цистеин, имеющая в R-группе атом серы, способна с такой же молекулой образовывать прочную, ковалентную
Последовательные стадии перманентной завивки волос. А – прямой волос. Б – Разрушение поперечных связей. В – Механическое
Дисульфидные связи в структуре гормона инсулина
Все белки с одинаковой первичной структурой, находящиеся в одинаковых условиях, приобретают одинаковую, характерную для данного
Конформации белков
Модель гемоглобина человека
Денатурация – изменение нативной структуры белка под действием различных факторов (химические – концентрированные кислоты,
Структура нативной молекулы белка (в центре) и трех денатурированных молекул этого же белка
Денатурация и ренатурация рибонуклеазы
Простые белки при гидролизе распадаются только на свободные аминокислоты. Простые белки делятся на основании некоторых условно
Гистоны – являются белками основного характера, растворимы в солевых растворах.
Альбумины (от лат. albumen, род. падеж albuminis – белок) – растворимы в воде и солевых растворах, водорастворимые глобулярные
Кератины  – семейство фибриллярных белков, обладающих механической прочностью, которая среди материалов биологического
Тубулин – основной белок микротрубочек, обладающий сократительными функциями; димер, состоящий из α- и β-цепей с молекулярными
Коллаген – составляет 25-33% от общего количества белка организма взрослого человека, или 6% от массы тела. Коллагены –
Эластин – основной белковый компонент, из которого состоят эластические волокна. При ферментативном гидролизе эластина в
Десмозин
Протеомика – наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том
Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм человека (или другой организм), и
Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет положительный азотистый баланс. Примеры:
Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота уравновешивается его выделением в
В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота, потребляемого
Тема 3. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного и количественного состава в крови. Гемоглобин
А. Модель гемоглобина (по Перутцу). α-Цепи светлые; β-цепи темные; группы гема красные. Б. В центре молекулы гемоглобина
Схема строения гемоглобина
Строение гема, входящего в состав гемоглобина и миоглобина
Перенос Н+ и СО2 с кровью. Эффект Бора. А – влияние концентрации СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с гемоглобином в
2,3-Бифосфоглицерат (БФГ) – аллостерический регулятор сродства гемоглобина к О2
Гемоглобин при серповидноклеточной анемии
Различия в строении молекул гемоглобинов
Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S
4.85M
Категория: БиологияБиология

биохимия 1 лекция (1)

1. Лекция 1. Тема 1.

1

2. Тема 1. Введение. Предмет и задачи биологической химии. Основные разделы и направления в биохимии. Фундаментальное и прикладное

значение
биохимии
2

3. Биологическая химия (биохимия – от греч. bios - жизнь) – наука о структуре химических веществ, входящих в состав живой материи,

Биологическая химия
(биохимия – от греч. bios жизнь) – наука о структуре
химических веществ,
входящих в состав живой
материи, их превращениях и
физико-химических процессах,
лежащих в основе
жизнедеятельности.
3

4. Биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию. Биохимия – это суперхимия, т.е. химия

наиболее
высокоорганизованной материи.
4

5. Предмет биохимии 1. Неорганические и органические вещества, составляющие основу живых организмов. 2. Химические реакции,

происходящие в
живом организме.
3. Молекулярные основы патологических
процессов в организме человека.
4. Биологически активные соединения,
служащие основой диагностики
патологических процессов.
5

6. Задачи биохимии: 1. Выделить из клеток многочисленные соединения, которые там находятся, определить их структуру и установить

их
функцию.
2. Исследовать суть и значение
метаболических процессов, лежащих в
основе жизнедеятельности организмов.
3. Выяснить вопрос о происхождении жизни и
молекулярной эволюции живых организмов.
4. Как итог – достичь полного понимания на
молекулярном уровне природы всех
химических процессов, связанных с
жизнедеятельностью клеток и целостных
организмов во времени.
6

7. Направления развития исследований в области биохимии: 1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот). 2. Организация и

механизм функционирования генома.
3. Регуляция действия ферментов и теория
энзиматического катализа.
4. Процессы узнавания на молекулярном уровне.
5. Молекулярные основы соматических и
наследственных заболеваний
человека.
6. Молекулярные основы злокачественного роста.
7. Молекулярные основы иммунитета.
8. Рациональное питание.
9. Молекулярные механизмы памяти.
10. Биосинтез белка.
11. Биологические мембраны и биоэнергетика.
7

8.

1 дальтон (Да) равен 1/12 массы атома
изотопа 12С, или 1,661•10-24 г.
Масса молекулы, выраженная в дальтонах, численно
равна её молекулярной массе.
Дальтоны удобно использовать для обозначения
массы таких структур как биополимеры, рибосомы,
хромосомы, митохондрии, вирусы и целые клетки, к
которым неприменим термин «молекулярная масса».
8

9. Основные направления биохимии: – статическая и динамическая биохимии; – биохимия человека; – биохимия животных; – биохимия

микроорганизмов;
– биохимия растений и пр.
9

10. Основные разделы биохимии: - энзимология; - молекулярная биология; - биоэнергетика; - молекулярная медицина; - молекулярная

генетика и пр.
10

11. Биохимия и другие биологические науки 1. Биохимия нуклеиновых кислот лежит в самой основе генетики. 2. Физиология, наука о

функционировании организма, очень сильно
перекрывается с биохимией.
3. В иммунологии находит применение большое число биохимических
методов.
4. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии –
метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате
соответствующих ферментативных реакций.
5. Яды влияют на биохимические реакции или процессы – эти вопросы
составляют предмет токсикологии.
6. Широкое использование биохимических подходов для изучения
различных видов патологии.
7. Биохимические подходы и методы широко используются при изучении
зоологии и ботаники.
8. Биохимия – стала общим языком всех биологических и
большинства медицинских наук.
11

12. Тема 2. Строение, классификация и свойства протеиногенных аминокислот. Уровни структурной организации белков: первичная,

вторичная, третичная и четвертичная структуры,
домены.
Физико-химические свойства белков: растворимость,
амфотерность, ионизация, гидратация.
Денатурация и ренатурация.
Функции белков: структурная, каталитическая,
транспортная, рецепторная, регуляторная, защитная,
сократительная.
Простые белки: гистоны, альбумины, тубулины,
кератины, коллаген, эластин.
Роль протеомики в оценке патологических состояний.
Понятие об азотистом балансе.

13. Протеиногенные аминокислоты – аминокислоты, из которых синтезируются белки, т.е. это те аминокислоты, которые кодируются

геномом (20
аминокислот).

14. Структурная формула аминокислоты

H

H2N — Cα — COOH

R

15. Классификации аминокислот:


1. Структурная (по строению бокового радикала) – ациклические
(алифатические), циклические (ароматические, гетероциклические),
иминокислота – пролин (относится к циклическим аминокислотам).
2. Электрохимическая (кислотно-основные свойства): кислые
аминокислоты (с дополнительными карбоксильными группами в боковом
радикале – аспарагиновая, глутаминовая); основные аминокислоты (с
дополнительными аминогруппами в боковом радикале – лизин, аргинин,
гистидин); нейтральные аминокислоты (в боковом радикале нет группировок,
проявляющих кислые или основные свойства – все остальные аминокислоты).
3. Биологическая, или физиологическая (по степени незаменимости
аминокислот для организма): незаменимые (не могут синтезироваться в
организме человека из других соединений, поэтому обязательно должны
поступать с пищей) – валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин,
фенилаланин, триптофан; полузаменимые (образуются в организме
человека, но в недостаточном количестве и тоже должны поступать с пищей) –
аргинин, тирозин, гистидин; заменимые (синтезируются в организме человека
в достаточном количестве из незаменимых аминокислот или других
соединений).
4. Классификация аминокислот по растворимости их радикалов в воде:
аминокислоты с неполярными радикалами (гидрофобные) – аланин, валин,
лейцин, изолейцин, пролин, метионин, фенилаланин, триптофан;
аминокислоты с полярными незаряженными радикалами (радикалы этих
аминокислот лучше, чем гидрофобные радикалы растворяются в воде) – серин,
треонин, тирозин, аспарагин, глутамин, цистеин; аминокислоты с полярными
отрицательно заряженными радикалами (аминокислоты имеют в радикале
дополнительную карбоксильную группу) – глутаминовая и аспарагиновая
кислоты; аминокислоты с полярными положительно заряженными
радикалами - лизин, аргинин, гистидин

16. Классификация аминокислот по их химическому строению

17. Классификация аминокислот по их химическому строению

18. Классификация аминокислот по их химическому строению

19. Свойства аминокислот Все протеиногенные аминокислоты, за исключением глицина, имеют как минимум один асимметрический атом

углерода и обладают оптической активностью. Такие
аминокислоты существуют в виде пространственных
изомеров (стереоизомеры, энантиомеры – зеркально
отражены друг относительно друга). По расположению
заместителей вокруг асимметрического атома углерода
стереоизомеры относят к L- или D-ряду. Все аминокислоты, из
которых синтезируется белок, относятся к L-ряду.

20. Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды (амфотерность)

21.

В зависимости от рН среды аминокислоты имеют
суммарный
нулевой,
положительный
или
отрицательный заряд.

22. Образование пептидов в результате реакций конденсации

Пептидная связь
Пептидная группа
Дипептид

23. Схема образования пептидной связи

24. Плоская пептидная группа (на красном фоне). C―N-связь частично имеет характер двойной связи и поэтому вокруг неё свободное

вращение невозможно

25. Плоскости расположения пептидных групп и α-углеродных атомов в пространстве

26. Физико-химические свойства белков:

• растворимость;
• амфотерность;
• ионизация;
• гидратация белков;
• осаждение;
• буферные свойства;
• коллоидные и осмотические свойства;
• оптические свойства;
• малая скорость диффузии;
• высокая вязкость растворов белков;
• способность белков к образованию гелей;
• высаливание;
• денатурация и ренатурация.

27. Структура белков

Белки представляют собой цепи, содержащие
десятки, сотни и тысячи аминокислотных остатков,
соединённых прочными ковалентными
пептидными связями. За счёт внутримолекулярных
взаимодействий белки образуют определённую
пространственную структуру, называемую
«конформация белков».
Линейная последовательность аминокислот в белке,
кодируемая геномом клетки, содержит информацию о
построении трёхмерной пространственной структуры,
свойствах и функциях белка.
Различают 4 уровня структурной организации
белков: первичная, вторичная, третичная и
четвертичная структуры.

28. Возможные конформации белков

29. Первичная структура белков

• Первичная структура белков –
последовательность аминокислот в
полипептидной цепи, качественный
и количественный состав
аминокислот в белке.

30. Вторичная структура белков

Вторичная структура белков –
пространственная структура, образующаяся в
результате взаимодействий между
функциональными группами, входящими в
состав полипептидного остова.
При этом пептидные цепи могут приобретать
регулярные структуры двух основных типов:
α-спираль и β-структура.

31. α-Спираль

Пространственное
строение α-спирализованного участка
полипептидной цепи
и образование
водородных связей,
участвующих в
формировании
α-спирали

32. Вторичная структура белка в виде β-складчатого слоя

33. Супервторичная (надвторичная) структура белков

Специфический порядок формирования
вторичной структуры, содержащий
сочетания элементов вторичной
структуры (α-спирали и β-структуры),
называют супервторичной
(сверхвторичной) структурой белков.
Такая структура формируется за счёт
межрадикальных взаимодействий.

34.

Если полипептидная цепь белка содержит более 200
аминокислот, то, как правило, её пространственная
структура сформирована в виде двух или более
доменов. Домен – это участок полипептидной цепи,
который в процессе формирования
пространственной структуры приобрёл независимо
от других участков той же цепи конформацию
глобулярного белка.
Так, лёгкая цепь иммуноглобулина G состоит из двух
доменов. В некоторых случаях доменами называют
отдельные структурные участки полипептидной цепи.

35. Конформации белков

Третичная структура белков –
трехмерная пространственная структура,
образующаяся за счет взаимодействий
между радикалами аминокислот, которые
могут располагаться на значительном
расстоянии друг от друга в полипептидной
цепи.

36. Типы связей, возникающих между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры

1. Ионные связи
3. Гидрофобные взаимодействия
2.Водородные связи
4. Дисульфидные связи

37. Связи, принимающие участие в формировании третичной структуры белков

Гидрофобные радикалы аминокислот
стремятся к объединению внутри
глобулярной структуры растворимых в
воде белков. Между ними возникают так
называемые гидрофобные
взаимодействия.
В результате внутри белковой глобулы
формируется гидрофобное ядро.

38. Связи, принимающие участие в формировании третичной структуры белков

Ионные связи могут возникать между отрицательно
заряженными (анионными) карбоксильными группами
радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислот и
положительно заряженными (катионными) группами
радикалов лизина, аргинина или гистидина.
Водородные связи возникают между гидрофильными
незаряженными группами (-ОН, -СОNH2, SH-группы) и
любыми другими гидрофильными группами.
Третичную структуру некоторых белков стабилизируют
дисульфидные связи, образующиеся за счёт
взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина. Эти два
остатка цистеина могут находиться далеко друг от друга в
линейной первичной структуре белка, но при
формировании третичной структуры они сближаются и
образуют прочное ковалентное связывание радикалов.

39. Структура волоса и входящего в его состав α-кератина. Три α-спиральные цепи образуют скрученный (суперспирализованный)

Структура волоса и
входящего в его состав αкератина.
Три α-спиральные цепи
образуют скрученный
(суперспирализованный)
трёхжильный «канат».
11 таких канатов
составляют
микрофибриллу волоса

40. Аминокислота цистеин, имеющая в R-группе атом серы, способна с такой же молекулой образовывать прочную, ковалентную

дисульфидную связь (S―S- мостик):

41. Последовательные стадии перманентной завивки волос. А – прямой волос. Б – Разрушение поперечных связей. В – Механическое

изгибание волос. Г – Окисление SH-групп
(образование новых S-S-связей)

42. Дисульфидные связи в структуре гормона инсулина

43. Все белки с одинаковой первичной структурой, находящиеся в одинаковых условиях, приобретают одинаковую, характерную для данного

индивидуального белка
конформацию, определяющую его
специфическую функцию.
Функционально активную
конформацию белка называют
нативной структурой.

44. Конформации белков

Количество и взаиморасположение
полипептидных цепей в пространстве
называют «четвертичная структура
белков». Отдельные полипептидные
цепи в таком белке носят название
протомеров, или субъединиц. Белок,
содержащий в своём составе несколько
протомеров, называют олигомерным
белком.

45. Модель гемоглобина человека

Гем
Центральная полость

46. Денатурация – изменение нативной структуры белка под действием различных факторов (химические – концентрированные кислоты,

щёлочи, спирты и пр., физические –
температура, радиация и пр.).
Если после снятия действия фактора
белок вновь приобретает нативную
конформацию и функции, то говорят
о его ренатурации.

47. Структура нативной молекулы белка (в центре) и трех денатурированных молекул этого же белка

48. Денатурация и ренатурация рибонуклеазы

А – нативная молекула рибонуклеазы, в третичной структуре
которой имеются 4 дисульфидных связи; Б – денатурированная
молекула рибонуклеазы; В – ренатурированная (нативная)
молекула рибонуклеазы, в структуре которой вновь образованы
4 дисульфидные связи между теми же остатками цистеина

49.

По выполняемым функциям белки можно
разделить на группы:
ферменты (катализаторы – каталаза, амилаза и др.),
регуляторные (гормоны и др.),
рецепторные (белки плазматических мембран),
транспортные (альбумин крови переносит гидрофобные
молекулы, транспортные молекулы мембран, гемоглобин и
др.),
структурные (коллаген, эластин),
защитные (иммуноглобулины, белки свёртывания крови),
сократительные (актин, миозин, тубулин и пр.),
резервные (овальбумин, глютелины и др.),
токсигенные (ботулинический токсин, токсины змей и пр.),
источник энергии.

50. Простые белки при гидролизе распадаются только на свободные аминокислоты. Простые белки делятся на основании некоторых условно

выбранных критериев на ряд
подгрупп: протамины, гистоны,
альбумины, глобулины,
проламины, глютелины и др.

51. Гистоны – являются белками основного характера, растворимы в солевых растворах.

Гистоны выполняют две основные функции: они
участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в
эпигенетической регуляции таких ядерных
процессов, как транскрипция, репликация и
репарация.
Существует пять различных типов гистонов H1/Н5,
H2A, H2B, H3, H4. Гистоны H2A, H2B, H3, H4,
называемых кóровыми гистонами (от англ. core –
сердцевина), формируют нуклеосому,
представляющую собой белковую глобулу
(нуклеосомный кор), вокруг которой накручена нить
ДНК (1,75 оборота – около 146 пар нуклеотидов).
Гистон H1/Н5, называемый линкерным гистоном
(от англ. link – связь), связывается с внешней
стороной нуклеосомы, фиксируя на ней нить ДНК.

52. Альбумины (от лат. albumen, род. падеж albuminis – белок) – растворимы в воде и солевых растворах, водорастворимые глобулярные

белки, входящие в
состав сыворотки крови, цитоплазмы
клеток животных и растений, молока.
К альбуминам относятся:
сывороточный и яичный альбумин, а
также лактальбумин.

53. Кератины  – семейство фибриллярных белков, обладающих механической прочностью, которая среди материалов биологического

Кератины – семейство фибриллярных
белков, обладающих механической
прочностью, которая среди материалов
биологического происхождения уступает
лишь хитину. В основном из кератинов
состоят роговые производные
эпидермиса кожи – такие структуры, как
волосы, ногти, рога носорогов, перья и
рамфотека клюва птиц и др.

54. Тубулин – основной белок микротрубочек, обладающий сократительными функциями; димер, состоящий из α- и β-цепей с молекулярными

Тубулин – основной белок
микротрубочек, обладающий
сократительными функциями;
димер, состоящий из α- и βцепей с молекулярными
массами 55 кДа.

55. Коллаген – составляет 25-33% от общего количества белка организма взрослого человека, или 6% от массы тела. Коллагены –

семейство фибриллярных
белков, секретируемых клетками
соединительной ткани.
Коллагеновые фибриллы входят в состав
кожи, сухожилий, хрящей и костей.

56. Эластин – основной белковый компонент, из которого состоят эластические волокна. При ферментативном гидролизе эластина в

гидролизате обнаруживаются десмозин и
изодесмозин. Эти соединения содержатся только в
эластине. Считают, что при образовании десмозина
сначала 3 остатка лизина окисляются до
соответствующих ε-альдегидов, а затем происходит
их соединение с четвертым остатком лизина.
Очевидно, именно благодаря своей структуре
десмозин и изодесмозин могут одновременно
входить в состав четырех пептидных цепей. Повидимому, этим можно объяснить, что эластин в
отличие от других фибриллярных белков способен
растягиваться в двух направлениях.

57. Десмозин

58. Протеомика – наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том

числе –
в человеческом.

59.

Основная задача протеомики – количественный
анализ экспрессии белков в клетках в зависимости от
их типа, состояния или влияния внешних условий.
Протеомика осуществляет сравнительный анализ больших
групп белков – от всех белков, вовлеченных в тот или иной
биологический процесс до полного протеома.
Преимуществом протеомики перед геномикой является тот
факт, что наличие какого-либо гена в геноме не означает,
что с него производится транскрипция, а наличие
транскрипта не означает, что с него происходит
трансляция, а даже если происходит, то транскрипт не
позволяет однозначно говорить о структуре белка, его
созревании и локализации.

60. Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм человека (или другой организм), и

общим количеством
экскретируемого азота.

61. Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет положительный азотистый баланс. Примеры:

период роста и
беременности. Азотистый баланс
положителен как у здорового
растущего ребенка, так и у
здоровой беременной женщины.

62. Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота уравновешивается его выделением в

составе
фекалий и мочи.

63. В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота, потребляемого

организмом.
Важным примером служат больные,
потребляющие недостаточное
количество азота с пищей (например, при
квашиоркоре). Такое же состояние
наблюдается при прогрессирующих
формах рака и в ряде случаев в
послеоперационном периоде.

64. Тема 3. Гемоглобин: структура, свойства, виды, возрастные изменения качественного и количественного состава в крови. Гемоглобин

АIС и его клиническое
значение. Производные гемоглобина.
Аномальные гемоглобины. Серповидноклеточная анемия и талассемия.
64

65.

• К группе гемопротеинов относятся
гемоглобин и его производные,
миоглобин, хлорофиллсодержащие
белки и ферменты (вся цитохромная
система, каталаза и пероксидаза). Все
они содержат в качестве небелкового
компонента структурно сходные
железо- (или магний) порфирины, но
различные по составу и структуре
белки, обеспечивая тем самым
разнообразие их биологических
функций.

66.

• Гемоглобин в качестве белкового
компонента содержит глобин, а
небелкового – гем.
• Видовые различия гемоглобина
обусловлены глобином, в то время как
гем одинаков у всех видов гемоглобина.
• Атом железа расположен в центре
гема-пигмента, придающего крови
характерный красный цвет.

67.

• Основу структуры простетической
группы большинства гемосодержащих
белков составляет порфириновое
кольцо, являющееся в свою очередь
производным тетрапиррольного
соединения – порфирина.
• Последний состоит из четырех
замещенных пирролов, соединенных
между собой метиновыми мостиками
(—СН=).
• Незамещенный порфирин называется
порфином.

68.

• В молекуле гема порфин представлен в
виде протопорфирина IX, содержащего
четыре метильные группы (—СН3), две
винильные группы (—СН=СН2) и два
остатка пропионовой кислоты.
Протопорфирин, присоединяя железо,
превращается в гем.
• Гем в виде гем-порфирина является
простетической группой не только
гемоглобина и его производных, но и
миоглобина, каталазы, пероксидазы
и цитохромов b, с и c1.

69. А. Модель гемоглобина (по Перутцу). α-Цепи светлые; β-цепи темные; группы гема красные. Б. В центре молекулы гемоглобина

формируется
«центральная полость»
А
Б

70. Схема строения гемоглобина

Центральная полость

71. Строение гема, входящего в состав гемоглобина и миоглобина

72.

Гемоглобины – структурно-родственные белки,
находящиеся в эритроцитах позвоночных. Они
выполняют две важные биологические
функции:
1) переносят О2 из легких к периферическим тканям;
2) переносят СО2 и протоны от периферических
тканей к дыхательным органам для последующего
выведения из организма.
Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода
на тетрамер (по одной на гем в каждой
субъединице); особенно важным отличием его от
миоглобина является характерная кривая
насыщения кислородом, которая имеет
сигмоидную форму.

73. Перенос Н+ и СО2 с кровью. Эффект Бора. А – влияние концентрации СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с гемоглобином в

тканях (эффект Бора); Б – оксигенирование
дезоксигемоглобина в лёгких, образование и выделение СО2.

74. 2,3-Бифосфоглицерат (БФГ) – аллостерический регулятор сродства гемоглобина к О2

2,3-бисфосфоглицерат

75.

Ткани
Нb(О2)4
+
БФГ
Нb-БФГ
Лёгкие
+
4О2

76.

Наиболее распространенные гемоглобины имеют
следующую тетрамерную структуру:
• НЬА (нормальный гемоглобин взрослого человека) – α2β2.
Это основной гемоглобин взрослого организма, составляет
около 98% от общего количества гемоглобина;
• HbA2 (минорный гемоглобин взрослого человека) – α2δ2 Он
находится в организме взрослого человека в меньшей
концентрации, на его долю приходится около 2% общего
гемоглобина;
• Гемоглобин АIc – гемоглобин А, модифицированный
ковалентным присоединением к нему глюкозы
(гликозилированный гемоглобин);
• Эмбриональный гемоглобин – синтезируется в
эмбриональном желточном мешке через несколько недель
после оплодотворения – ξ2ε2. Через 2 недели после
формирования печени плода в ней начинает
синтезироваться гемоглобин F;
• HbF (фетальный гемоглобин) – α2γ2;
• HbS (гемоглобин при серповидно-клеточной анемии) – α2S2.

77.

Мутантные (М) гемоглобины человека
Мутации генов, кодирующих α- и β-цепи, могут
существенным образом сказываться на их
биологической функции.
Известно несколько сот мутантных гемоглобинов
человека (в большинстве случаев функционально
активных), и о некоторых из них, отличающихся
сильным изменением биологических функций, речь
пойдет ниже.
Патологическое состояние, при котором мутация
вызывает изменение биологической функции
гемоглобина, называют гемоглобинопатией.

78. Гемоглобин при серповидноклеточной анемии

В гемоглобине S остаток Glu A2(6)β
замещен на Val.
Остаток А2 (Glu или Val) располагается на
поверхности молекулы гемоглобина и
контактирует с водой, и замещение
полярного остатка Glu на неполярный Val
приводит к появлению на поверхности βсубъединицы «липкого участка».

79. Различия в строении молекул гемоглобинов

1
2 3
4 5
6 7 8
• Hb A: Вал-Гис-Лей-Тре-Про-Глу-Глу-Лиз…
• Hb S: Вал-Гис-Лей-Тре-Про-Вал-Глу-Лиз…

80.

Этот липкий участок присутствует как в
оксигенированном, так и в
дезоксигенированном гемоглобине S (в
гемоглобине А он отсутствует).
На поверхности дезоксигенированного
гемоглобина существует
комплементарный участок, способный
прочно связываться с липким участком βсубъединицы, тогда как в
оксигенированном гемоглобине этот
участок маскируется другими группами.

81.

Когда гемоглобин S переходит в
дезоксигенированное состояние, его липкий
участок связывается с комплементарным
участком на другой молекуле
дезоксигенированного гемоглобина.
Происходит полимеризация
дезоксигемоглобина S и его осаждение в
виде длинных волокон.
Волокна дезоксигемоглобина S механически
деформируют эритроцит, придавая ему
серповидную форму, что приводит к лизису
клеток и множеству вторичных клинических
проявлений.

82. Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S

83.

Другая важная группа нарушений, связанных с
аномалиями гемоглобина – талассемии.
Для них характерна пониженная скорость
синтеза α-цепей гемоглобина (α-талассемия)
или β-цепей (β-талассемия). Это приводит к
анемии, которая может принимать очень
тяжелую форму. В последние годы достигнут
ощутимый прогресс в выяснении
молекулярных механизмов, ответственных за
развитие талассемии.
English     Русский Правила