Белки. Строение

1. Б Е Л К И

БЕЛКИ
Строение

2.

БЕЛКИ = ПРОТЕИНЫ
(от греч. protos – первый, главный)

3.

4.

5.

6.

Животная клетка содержит
около 10 миллиардов молекул
белков (1010)
примерно 10 тысяч видов

7.

Белки – нерегулярные полимеры,
мономерами которых являются аминокислоты
неразветвленные
Мономеры –
20 аминокислот

8. Аминокислота

H
H
N
O
α -атом углерода
С
С
OH
H
Карбоксильная группа
Аминогруппа
R
Радикал

9.

Основа аминокислоты
одинакова у всех аминокислот
H
H
N
α
С
O
С
OH
H
Карбоксильная группа
Аминогруппа
R
Радикал
20 разных

10.

Н+
─
разная у разных а.к.
pH = рI изоэлекрическая точка (общий заряд = 0)
– H+
+ H+
─
Кислотность среды ниже и.точки
Н+
Кислотность среды выше и.точки

11. Хиральная чистота живого

Стереоизомеры
Если группы 1, 2, 3 и 4 - разные
Хиральные объекты –
не равны своему
зеракльному отражению

12.

D-изомер
(лат. dexter — правый)
L-изомер
(лат. laevus — левый)

13.

D-аминокислоты
D-аминокислоты могут входить в
состав некоторых коротких пептидов
(особенно у бактерий)
Эти пептиды синтезируются не на
рибосомах
По функции это, как правило, яды

14.

Клеточная стенка бактерий – муреин

15.

16.

Валиномицин
– антибиотик, производимый некоторыми бактериями
L-Валин
L-Молочная к-та
D-Оксиизовалериановая к-та
D-валин

17.

Дерморфин
Tyr – D-Ala – Phe – Gly – Tyr – Pro – Ser-NH2
Пептид из 7 аминокислот,
включающий D-аланин
Яд
Лягушки рода Phyllomedusa
(Южная Америка)
Синтезируется на
рибосомах, но проходит
посттрансляционную
модификацию

18.

19.

20. Незаменимые аминокислоты

Организм не может синтезировать сам →
должны поступать с пищей.
Для человека это 10 аминокислот:
валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин,
фенилаланин, триптофан, гистидин, лизин, аргинин
Хотя аргинин и может синтезироваться в организме, его
относят к незаменимым: у новорожденных и растущих детей
он образуется в недостаточном количестве.
Этот список приблизительно одинаков у
всех позвоночных и даже у насекомых.

21.

Незаменимые для человека аминокислоты

22. Радикалы аминокислот

N
Радикалы аминокислот
Гидрофобные
(неполярные)
O
Гидрофильные
O
O Полярные O HЗаряженные
CH
C
(ионы)O
2N
Определите Hполярность
радикалов:
CH
C
OH
2N
CH2
CH
H2N C CHOH C
OH
CH2
CH3
CH2
CH2
C
SH
OH─
O

23. Неполярные гидрофобные – 8

Глицин
Гли
Метионин
Мет
Аланин
Ала
Валин
Вал
Фенилаланин
Фен
Лейцин
Лей
Триптофан
Трп
Изолейцин
Иле
Пролин
Про

24. Полярные незаряженные – 7

Серин (Сер)
Треонин (Тре)
Цистеин (Цис)
Аспаргин (Асн)
Глутамин (Глн)
Глицин
Гли
Тирозин (Тир)

25. Заряженные – 5

Аспаргиновая к-та (Асп)
Глутаминовая к-та (Глу)
Аргинин (Арг)
Лизин
Лиз
Гистидин
Гис

26.

Образование цепочки
Энергия
N-конец
Пептидная связь
С-конец

27.

28.

Дипептид
Трипептид
Олигопептид
~ 10
Полипептид

29.

Первичная структура белка – это
последовательность аминокислот в
полипептидной цепочке, записанная в
порядке N……..C.
(соответствует направлению роста цепочки при
ее синтезе в клетке).
N
Ала
1
Глу
Гис
Гис
Ала
Трп
2
3
4
5
6
Цис
7
Вал
8
Иле
9
C

30.

31.

Первичная структура своя у каждого белка
и определяет все его свойства.
N-конец:
Лей
C-конец:
Глн
Первичная структура мембранного белка
эритроцитов гликофорина А

32.

Белки с одной функцией у родственных
видов имеют сходную I структуру
Количество отличий отражает время их
дивергенции в эволюции
Молекулярная
филогения

33.

Пример филогенетического дерева:
Эволюция цитохрома С (белок
митохондрий, необходимый для
синтеза АТФ) у позвоночных

34. Эволюция шаперонина-60 за ~1.5 млрд.лет

Растения
и грибы
Животные
Простей
шие
Бактерии
Найдите участки белка, эволюционирующие
быстро и медленно

35.

Сколько разных белков длиной в n
мономеров можно построить из 20
а.к.?
n
20
Средний белок: 300 а.к.
Длина большинства лежит в
пределах
100 – 2 000 а.к.

36.

В воде
полипептидная
цепочка
сворачивается

37.

Как из линейной цепочки полипептида
получается глобула?
?
Сворачивание
в несколько этапов:
уровни нашего изучения
структуры белка
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная

38.

I
II
III
IV

39.

Вторичная структура – это способы укладки,
образуемые водородными связями между
атомами основы цепочки С=O и N-H
Поэтому они одинаковы у самых разных белков.
слой
H
O
С
Аминокислоты
C
N
C
C
N
C C
R
O
H
–
δ
О
H
O
C
H
C
+
δ
H
H
O
H
N
O
N
O
C
O
R H
H
N
O
N
O
C
N
C
H
R
C
R H
H
N
C
H
O
C
N
C
H
R
R
C
O
C
C
R
H
C
H
H
H
H C N
O
H
C
C
H
спираль
H
N H C
N
H
O
H
H
O
H
R
C
C
N
N
C C
R
H
N
C
N
C C
R
O H H
O
R
C
H
C
O
H
N
O
C
C
H
C
H
R
H
C
H
C
C C
R
R
R
N
R
R
C
N
O
H
N
R
C
N
R
C
H
O
H
O
H
C
C
R
R
C
N
H
H
H C N
O
O
H
C
C
R
C
N
H
H
H C N
O

40.

41.

42.

43.

В белках сочетаются разные типы вторичной структуры

44.

Встречаемость в белках разных
вторичных структур
Нет II структуры
28% – 35%
18% – 26%
40% – 50%

45.

спирали
~ 30 %
Участки без
вторичной
структуры
~ 50 %
-слои
~ 20 %

46. Лайнус Полинг

Открытие
α-спирали
в 1951

47.

Что определяет, как свернется данный участок –
в α-спираль, β-слой или вообще не свернется?
Метод: сравнение первичной последовательности
этих структур → некоторые а.к. встречаются чаще в
определенном типе.
Но это зависит от многих факторов. Иногда один и тот
же участок может быть как α-спиралью, так и β-слоем
Один и тот же белок в
разных конформациях
Berg Biochemistry 7th ed. P.50-55

48.

49.

Итак, у нас есть цепочка с
элементами II структуры

50. Третичная структура

Третичная структура белка пространственная конформация полипептида,
обусловленная взаимодействиями между
радикалами аминокислот.
полностью определяется
первичной структурой
Уникальна для
каждого белка

51. Третичную структуру формируют 4 типа связей между радикалами:

Одна ковалентная: S-S мостики (два
цистеина)
И три слабых:
Гидрофобное притяжение
Ионные
–COO –
Водородные
–C=O - - - HO–
+NH
3–

52.

Образование S-S связей (ковалентных)
между двумя остатками цистеина

53.

54.

Гидрофобное притяжение
Гидрофобные –
внутри белка
Гидрофильные –
на поверхности
белка, к воде

55.

56.

57.

Глобулярный белок
Глобула - шарик
Фибриллярный белок
Фибрилла - нить

58.

кодазы
миозин
тубулин
(микротрубочка)
Белки на
ДНК
актин
рибосома
коллаген

59. Четвертичная структура

IV
Четвертичная структура
Объединение двух и более (до 20)
полипептидных цепочек в один белок.
Одна цепочка = субъединица
Связи – те же, что при
формировании третичной.
Четвертичную структуру
имеют не все белки
(меньше половины)
+

60.

Те же связи формируют и IV структуру
– но теперь они между цепочками

61.

Антитела
иммунной
системы –
белки с IV
структурой

62.

IV
Четвертичная структура
Разные цепочки –
разным цветом

63.

Задача
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
H2 N
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.

64. Белковые домены

65. Образование третичной структуры из элементов вторичной

Домен
Мотив
петля
бочонок

66.

67.

Доменная структура Src белка

68.

Домен – часть белка
выделенная структурно
(сворачивается почти независимо)
выполняет одну функцию
В эволюции домены –
функциональные блоки
из которых строятся
новые белки

69.

3 домена дифтерийного токсина. Каждый отвечает за свою функцию
f: проникновение
через мембрану
f: присоединение
к рецептору
f: катализ
модификации
одного из
ключевых белков
трансляции –
блокирование
синтеза белков

70.

Белки, родственные по структуре каждому из доменов
дифтерийного токсина.

71.

Транспортный белок для липидов из двух доменов.
Замена всего одной аминокислоты в этом белке влечет
изменение сродства к липидам и болезнь Альцгеймера
– старческое слабоумие.

72.

Базовых типов
доменов мало –
не более 1 000
Из их
комбинаций
построено все
огромное
многообразие
белков всех
организмов
Holm and Sander. PROTEINS: Structure, Function, and Genetics 33:88–96 (1998)

73.

Белки разных биологических видов
с одной функцией – похожи
по пространственной форме
Хотя первичная последовательность может сильно отличаться

74.

Транспортный белок железа – ферритин
человека (зеленый) и лошади (голубой)

75. Домашнее задание

Уметь нарисовать аминокислоту и
пептидную связь.
Знать, что такое I, II, III и IV
структура
№ 14, 15, 16 задачника

76.

Лишние слайды

77.

78.

79. Для биологических молекул важны не только химическая формула, но и форма

Узнавание «ключ к замку»

80.

Эндорфин
(медиатор
нервной
системы,
полипептид)
Морфин
Откуда у человека рецепторы к веществу, которое в организме не производится?

81.

Авторские права сохранены.
Вы можете свободно
Вы НЕ имеете права
Использовать данную
Использовать ее в коммерческих
презентацию в образовательных
целях с сохранением авторства.
Использовать рисунки и
целях.
Выкладывать на интернет-сайтах
для скачивания.
отдельные слайды в своих
презентациях и на сайтах со
ссылкой на источник.
Использовать слайды с текстом и
рисунками автора без ссылки на
источник.
© М.А. Волошина 2008
All RIGHTS RESERVED
http://biologii.net