Белки. Строение и функции. Катализ 9 кл

Белки – это
сложные органические вещества, выполняющие в клетке важные функции
Белки представляют собой гигантские биополимерные молекулы, мономерами которых являются аминокислоты. В природе известно более 150 различных аминокислот, но в построении белков живых организмов участвуют только 20, их называют – протеиногенные аминокислоты
Последовательность аминокислот в белке несет информацию о построении пространственной структуры и функциях белка!

Аминокислоты
Все аминокислоты — амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы —COOH, так и основные свойства, обусловленные аминогруппой —NH2
Особенности физических и химических свойств аминокислот обусловлены их строением — присутствием одновременно двух противоположных по свойствам функциональных групп: кислотной и основной

Аминокислоты в природе могут находиться в двух разных изомерных формах - L и D

Первичная структура белков — это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи

Пептидная связь

Первичная структура закреплена генетически и определяет вторичную, третичную и четвертичную структуры белковой молекулы и ее общую конформацию (пространственное положение)

Вторичная структура
- представляет собой способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру благодаря образованию водородных связей между пептидными группами одной цепи или смежными полипептидными цепями
По конфигурации вторичные структуры делятся на спиральные (α-спираль) и слоисто-складчатые (β-структура), а также нерегулярные структуры (β–изгиб или беспорядочный клубок)

α-Спираль

β-Структура

β–изгиб или Беспорядочный клубок

Домен белка
— элемент третичной структуры белка, представляющий собой достаточно стабильную и независимую подструктуру белка, фолдинг (укладка, сворачивание) которой проходит независимо от остальных частей
В состав домена обычно входит несколько элементов вторичной структуры
Сходные по структуре домены встречаются не только в родственных белках (например, в гемоглобинах разных животных), но и в совершенно разных белках

Фолдинг белка - процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру (третичная структура)

Альбумин состоит из 3-х доменов, пространственное положение которых напоминает форму сердца

Третичная структура белка - это расположение в пространстве всех атомов белковой молекулы
Иными словами, под третичной понимают трехмерную структуру белков, характеризующуюся определенной укладкой в пространстве всех звеньев полипептидной цепи

В самом общем виде по форме укладки в пространстве белковые молекулы давно принято подразделять на фибриллярные и глобулярные

Четвертичная структура
− это надмолекулярное образование, состоящее из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой водородными связями, электростатическими, диполь-дипольные и гидрофобными взаимодействиями между остатками аминокислот, находящихся на поверхности

Примером может служить молекула гемоглобина, вирус табачной мозайки и т.д.

Денатурация
Резкое изменение условий, например, нагревание или обработка белка кислотой или щёлочью приводит к потере четвертичной, третичной и вторичной структур белка, называемой денатурацией
ОБРАТИМАЯ
Если сохранена
первичная структура
НЕОБРАТИМАЯ
Если первичная
структура разрушена
РЕНАТУРАЦИЯ
Самый известный случай денатурации белка в быту — это приготовление куриного яйца
ДЕНАТУРАЦИЯ БЫВАЕТ:

Факторы, вызывающие денатурацию белков
Физические факторы:
1. Высокие температуры
Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию. Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500°С. Такие белки называют термолабильными
Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными
2. Ультрафиолетовое облучение
3. Рентгеновское и радиоактивное облучение
4. Ультразвук
5.Механическое воздействие (например, вибрация)
Химические факторы:
Концентрированные кислоты и щелочи
Соли тяжелых металлов
Органические растворители
Растительные алкалоиды
Мочевина в высоких конц.

Функции белков

1. Каталитическая функция (ферментативная)
Ферментативный катализ — явление ускорения реакции
Ферменты (энзимы) — белок или группа белков (иногда РНК или их комплексы), обладающая каталитическими свойствами, т.е. каждый фермент ускоряет одну или несколько сходных реакций

В процессе катализа сам фермент не расходуется, но при этом он ускоряет химические реакции в тысячи/миллионы раз!
Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются — субстратами

Механизм действия ферментов
Теория Фишера
«Ключ Замок»
Теория Кошланда
«Рука перчатка»
Присоединение субстрата (S) к ферменту (E) с образованием фермент-субстратного комплекса (ES)
Преобразование фермент-субстратного комплекса в один или несколько переходных комплексов (EX) за одну или несколько стадий
Превращение переходного комплекса в комплекс фермент-продукт (EP)
Отделение конечных продуктов от фермента
E + S EX EP E + P

Ферменты бывают простыми и сложными
Простые ферменты состоят только из белковой части и называются – апоферментами
Сложные, в отличии от простых, состоят из белковой и небелковой частей (неактивная белковая часть (апофермент) + активирующая её небелковая группа (кофермент). Такие ферменты называются холоферментами

Ферменты по структуре делятся:
на мономеры и полимеры
Мономеры состоят из одной белковой молекулы, полимеры из нескольких
Полимеры делятся на гомополимеры, состоящие из одинаковых белковых молекул (малатдегидрогеназа) и гетерополимеры (рибулозобисфосфаткарбоксилаза) – из разных

связывания

Активный центр – комбинация аминокислот (12-16), связывающих субстрат и осуществляющих его превращение в продукт. Для каждого фермента сущ. свой собственный уникальный активный центр
Участок связывания – комбинация аминокислот (3-5), обеспечивающих узнавание субстрата, присоединение его к активному центру и правильную ориентацию его в активном центре
Участок катализа – комбинация аминокислот (3-7) непосредственно преобразует субстрат в продукт
Регуляторный центр – находится вне активного центра, ускоряет или замедляет работу фермента. Имеется только у некоторых ферментов (аллостерических)

2. Питательная (резервная) функция
Эту функцию выполняют резервные белки, являющиеся источниками питания для плода, например белки яйца
Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма
Яичный Альбумин
Казеин
молока

Сократительная функция
Главную роль в акте мышечного сокращения и расслабления играют актин и миозин – специфические белки мышечной ткани
Сократительная функция присуща не только мышечным белкам, но и белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза)
Актин
Миозин

Энергетическая функция
– белки служат одним из источников энергии в клетке
Расщепление 1 г белка = 17,6 кДж энергии. Сначала белки расщепляются до аминокислот, затем до конечных продуктов:
воды
углекислого газа
аммиака
В качестве источника энергии белки используются крайне редко

Структурная функция
участвуют в образовании практически всех органоидов клеток, во многом определяя их структуру
образуют цитоскелет, придающий форму клеткам, многим органоидам и обеспечивающий механическую форму ряда тканей
входят в состав межклеточного вещества, во многом определяющего структуру тканей и форму тела животных
белок
Кератин
К структурным белкам относятся:
Коллаген, Актин, Эластин, Миозин, Кератин, Тубулин
белок
Клеточная мембрана
Клеточная
мембрана

Защитная функция
В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать их

Регуляторная функция
Некоторые белки являются гормонами. Гормоны - биологически активные вещества выделяющиеся в кровь различными железами, которые принимают участие в регуляции процессов обмена веществ
Гормон инсулин регулирует уровень углеводов в крови
Гормон щитовидной железы - тироксин