Структура белков. Химический состав клетки

1.

II. Химический состав клетки
Профессор СУНЦ НГУ к. б. н. О. В. Саблина

2.

Четыре уровня организации
белковой молекулы
+
H3N
R1
CH
H
N
O
I
O
CH
R2
R3
N
H
C
O
H
N
CH
R4
C
O
H
N
O
CH
Rn
C
первичная структура –
цепочка аминокислот
Пептидные (амидные) связи
O-

3.

H
H
N
CH C
N
+H
O
O
N
CH C N
CH3
a-спираль
-
H
Водородные
связи
H

4.

R
O
C
C
H
H
N
+
H
H
O
CH
a-спираль
II
Водородные
связи
N
C
O
-
H
H
N CH C N
CH3
H
H
C
C
R
O
N
b-слои
вторичная структура –
α-спирали и β-слои
Водородные связи

5.

Сворачивание белка в водной среде
III
третичная структура – уникальная
пространственная конформация
Гидрофобные взаимодействия

6.

цистеин
H
N
O
CH C
цис
CH2
SH
S
Дисульфидный
S
SH
мостик
цистеин
H2C
N
цис
цис
O
CH C
H
III
Ковалентные дисульфидные связи

7.

O
лизин
O
C
HN2N CH C
H CH
OH
CH2
CH2
CH2
CH2
глутаминовая
кислота
O
цис
O
HHN
CH
2N
CC
OH
CHCH
2
цис
цис
H2C CH
2
CH2CH
H2C
2
CH2 CH2
NH3
III
+
NH3+
-
C -O
O
C
O
O
Электростатические
взаимодействия (ионные связи)

8.

H
N
CH C
H
N
O
CH C
CH2
CH2
C
CH2
O
C
NH2
аспарагин
H
N
O
CH C
O
CH2
O
NH2
OH
глутамин
O
H
N
O
O
O
CH C
тирозин
O
O
CH2
H
N
OH
O
CH OH
серин
III
CH C
CH3
треонин
Водородные связи
O
H
N
CH C
O
CH2
SH
цистеин

9.

третичная структура – уникальная
пространственная конформация
Гидрофобные взаимодействия
Дисульфидные мостики
Ионные связи
Водородные связи
III

10.

Полипептидная
цепь
Полипептидная
цепь
Полипептидная
цепь
Белок
Полипептидная
цепь
Четвертичная структура –
объединение нескольких
полипептидных цепочек для
выполнения общей функции
Cвязи водородные, ионные,
ван-дер-ваальсовы, ковалентные
IV

11.

Уровни организации белковой молекулы
I
II
III
…Гли-Ала-Фен-Тир…
α
β
IV

12.

Кальмодулин

13.

Кардиотоксин кобры

14.

Эндотелин

15.

Гемоглобин
Антитело
Инсулин

16.

Первичная структура белка – последовательность
аминокислот, соединенных пептидными связями
Вторичная структура белка – α-спирали и β-слои,
поддерживаемые водородными связями
Третичная структура белка – уникальная
пространственная форма белка, поддерживаемая
гидрофобными взаимодействиями, ковалентными
дисульфидными связями, электростатическими
(ионными) взаимодействиями и водородными связями
Четвертичная структура белка – объединение
полипептидных цепочек в одну молекулу для
выполнения общей функции. Поддерживается
водородными и ковалентными (дисульфидными)
связями, электростатическими (ионными)
и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями

17.

Форма
белковой молекулы
Глобулярный белок
Фибриллярный белок
Фибрилла - нить
Глобула - шарик

18.

Все белки
выполняют свои функции
за счет своей трёхмерной формы –
конформации
Нативная конформация –
природная, неповрежденная

19.

Если к белку что-то
присоединится, он изменит свою
третичную структуру!
Гемоглобин

20.

Денатурация
Денатурация
Нативная
структура
Гидрофобные
радикалы

21.

Денатурация
нарушение нативной
третичной и четвертичной структуры белка
Ренатурация
Денатурация
Нативная
структура
Гидрофобные
радикалы
Необратимая
денатурация
Изменение температуры
Изменение ионной силы раствора
Изменение рН

22.

Все белки
выполняют свои функции
за счет своей трёхмерной формы –
конформации
Денатурация
лишает белок функциональной
активности
Денатурация
белков!

23.

Нарушение вторичной структуры
Прионные белки
нормальный
аномальный

24.

Нарушение вторичной структуры
Прионные белки
нормальный
аномальный

25.

Нарушение третичной структуры
Серповидноклеточная анемия
Гемоглобин
O
H2N
CH C
CH2
OH
O
H2N
CH2
C
Глу
O-
O
CH C
OH
CH CH3
Вал
CH3
Гемоглобин S

26.

Нарушение третичной структуры
Серповидноклеточная анемия
Нормальный гемоглобин
Гемоглобин S

27.

Нарушение третичной структуры
Серповидноклеточная анемия
Гемоглобин S

28.

Задача 3
В результате мутации в одном из белков бактерии,
живущей в гидротермальном источнике при t° =
90°C, произошла замена аминокислоты цистеина на
серин.
Какие последствия для нее может иметь такое
изменение?
O
H2N
CH C
CH2
Цис
SH
O
H2N
OH
CH C
OH
CH2
OH
Сер
Ответ: Цистеин участвует в образовании дисульфидных
мостиков. Отсутствие мостика при высокой температуре
приведет к денатурации белка, что может быть смертельным
для бактерии.

29.

Все белки
выполняют свои функции
за счет своей трёхмерной формы –
конформации
Не все участки белковой молекулы
непосредственно участвуют в ее работе

30.

Участки
белковой молекулы
Активный центр – участок белка,
непосредственно выполняющий
какую-либо функцию

31.

Активный центр белка
Лиганд
Активный центр
– молекула, связывающаяся с активным центром
«Ключ к замку»

32.

Активный центр белка
Лиганд

33.

Участки
белковой молекулы
Активный центр – участок белка,
непосредственно выполняющий
какую-либо функцию
Доме́н – участок белка,
отвечающий за выполнение одной
функции и содержащий активный
центр

34.

Домены белка

35.

Домены белка
ДНК-связывающий
домен
Внутримембранный
домен

36.

Участки
белковой молекулы
Активный центр – участок белка,
непосредственно выполняющий
какую-либо функцию
Доме́н – участок белка,
отвечающий за выполнение одной
функции и содержащий активный
центр
Простетическая группа –
ковалентно присоединенная
небелковая часть молекулы

37.

Простетические группы
гем
полисахарид
Гемоглобин
Прионный белок

38.

Основные понятия:
Четыре уровня организации белковой молекулы
Глобулярные и фибриллярные белки
Нативная конформация
Денатурация и ренатурация
Активный центр
Лиганд
Белковый домен
Простетическая группа