Аминокислоты

название	сокращ.		рК			pI	М	3D
			-COO	-NH3	-R
аланин	Ala	A	2,34	9,69	-	6,01	89.1
аргинин	Arg	R	2,17	9,04	12,84	10,76	174.2
аспарагин	Asn	N	2,02	8,60	-	5,41	132.1
аспарагиновая к-та	Asp	D	1,88	9,06	3,65	2,77	133.1
цистеин	Cys	C	1,71	8,18	10,28	5,02	121.2
глутаминовая к-та	Glu	E	2,16	9,67	4,32	3,24	147.1
глутамин	Gln	Q	2,17	9,13	-	5,65	146.1
глицин	Gly	G	2,34	9,60	-	5,95	75.1
гистидин*	His	H	1,82	9,17	6,00	7,59	155.2
изолейцин*	Ile	I	2,36	9,68	-	6,02	131.2
лейцин*	Leu	L	2,36	9,60	-	5,98	131.2
лизин*	Lys	K	2,18	9,12	10,53	9,82	146.2
метионин*	Met	M	2,28	9,21	-	5,74	149.2
фенилаланин*	Phe	F	1,83	9,13	-	5,48	165.2
пролин	Pro	P	1,99	10,6	-	6,30	115.1
серин	Ser	S	2,21	9,15	-	5,68	105.1
треонин*	Thr	T	2,71	9,62	-	6,16	119.1
триптофан*	Trp	W	2,38	9,39	-	5,89	204.2
тирозин	Tyr	Y	2,20	9,11	10,07	5,66	181.2
валин*	Val	V	2,32	9,62	-	5,96	117.1

* - незаменимые для человека аминокислоты
pI – изоэлектрическая точка (pH при котором аминокислота нейтральна)

3-D структура двадцати аминокислот: AminoAcids.pdb [20Kb]

Модификации аминокислот

ацилирование – добавление Ac к -R–NH акт Lys и Arg с нейтрализацией ‘-‘ заряда
фосфорилирование – добавление остатка фосфорной к-ты к –OH группе нейтральных полярных акт Ser и Thr c приобретением ‘–‘ заряда
метилирование
Lys и Arg ‘–‘ заряж акт нейтрализация заряда, может быть моно-, ди-, и триметилирование, т.е различная степень нейтрализации
поли ADP-рибозилирование
убиквитинирование

Классификация

Белки классифицируются по своему составу, структуре и функциям.

ПО СОСТАВУ
Простые (протеины) состоят только из аминокислот (яичный альбумин, кератин шелка)
Сложные (протеиды) состоят из полипептидной цепи и небелкового компанента, в зависимости от которого называются:
    металлопротеиды - содержат ионы металлов (многие ферменты);
    гемопротеиды - содержат гем с ионом металла (гемоглобин, каталаза, цитохромы);
    фосфопротеиды - содержат остатки фосфорной кислоты (казеин молока);
    липопротеиды - содержат липиды (родопсин);
    гликопротеиды - содержат углеводы (иммуноглобулины);
    нуклеопротеиды - комплекс белка с нуклеиновыми кислотами (хроматин, рибосомы).

ПО СТРУКТУРЕ
Фибриллярные (нитевидные) - имеют только выраженную вторичную структуру, нерастворимы в воде, выполняют структурную, сократительную функции (коллаген, кератин)
Глобулярные - имеют молекулу в виде шарика (глобулы), хорошо выраженную третичную структуру, растворимы в воде, выполняют сложные функции - каталитическую, регуляторную, защитную и др. (фермент триозофосфатизомераза - рис., гормоны, гемоглобин)
Мембранные : Также имеют молекулу в виде шарика (глобулы) и хорошо выраженную третичную структуру, но не растворимы в воде за счет гидрофобных участков, взаимодействующих с липидами мембран, выполняют транспортную (сквозь мембрану) и сигнальную функции (порин, родопсин)

ПО ФУНКЦИЯМ
1. Каталитическая
Ферменты (энзимы) - увеличивают скорость протекания химических реакций (каталаза, пепсин, трипсин)
2. Транспортная

Перенос веществ (гемоглобин, липопротеины крови, сывороточный альбумин - транспорт жирных кислот, пермеазы - мембранные белки осуществляющие избирательный транспорт заряженных и полярных молекул.)
3. Регуляторная
Гормоны белковой природы (АКТГ, инсулин, соматотропный), активаторы и репрессоры транскрипции.
4. Сигнальная, трансформация энергии
Белки, реагирующие на внешние сигналы (родопсин, рецепторы вкуса). Белки преобразующие один вид энергии в другой.
5. Запасная
Яичный альбумин, казеин молока. Белки разрушаясь в организме идут на построение других белков или получение энергии
6. Структурная
Белки составляют основу всех клеточных органелл, являются структурным компанентом межклеточного вещества (коллаген - компанент соединительной ткани, кератин - образует волосы, ногти, рога, копыта).
7. Сократительная
Белки мышечной ткани (актин, миозин).

8. Защитная
Иммуноглобулины; фибриноген плазмы (свертывание крови).
9. Токсины
Яды белковой природы (чаще всего - ферменты по механизму действия, как змеиные яды); дифтерийный и ботулинический токсины.
10. Буферная
Белки являясь амфотерными полиэлектролитами способствуют поддержанию определенного pH в различных частях клетки.

Строение белков

Число возможных пептидов 20ⁿ n - количество аминокислот в пептиде.
Белки составляют ~1/2 сухой массы клетки
вторичная структура обусловлена H-связями между NH и CO скелета первичной структуры и не зависит от –Rтретичная структура зависит от взаимодействия между R: S-S-связи, ионные, Н-связи, гидрофобные взаимод
Полипептидные структуры

a-спираль
число остатков на один оборот 3,6
шаг 0,54нм (диаметр спирали 5,4 A)
радиус 0,23нм
угол 260
коэф. трансляции 0,15нм (расстояние между остатками по оси 1,5A)
угол поворота 1000
периодичность 5
запрещенные положения а-спирали: 1,2; 1,4; 1,5 – не должно быть больших гидрофобных аминокислот (Tyr-Tyr, Val-Tyr, Ile-Tyr) – спираль будет напрягаться и искажаться
спираль мб лево- и правозакрученная, все исследованные белки правозакрученные
длина как правило ~40A, но достигает 1000A
две или более спирали могут закручиваться вокруг как в канате – а-спирализованная суперспираль (кератин волос, миозин,
тропомиозине мышц, фибрине)
в-слой
параллельный и антипараллельный (более устойчивый)
спираль коллагена
в-изгиб
в глобулах направление цепей меняется на 1800 – СO присоединяется ч-з 3а-кты к NH
Изгибы обеспечиваются Pro, или большими гидрофобными аминокислотами: Tyr, Val, Ile.
В полипептиде вращение возможно вокруг любой связи | Гидрофобная внутренняя часть плотно упаковывается (как кристалл) образуя кор, гидрофильная внешняя часть белка образует сложную поверхность | Белки делятся на глобулярные-95% и фибриллярные-5% | большинство глобулярных б р-римо, а фибриллярных нер-римо | модели белков: объемная, скелетная, лентовидная, сосисочная-показ. ход полипептидной цепи | Конформацию белка можно определить только с помощью рентгеноструктурного анализа белков | связи в полипептиде: м-у заряж. актами, водородные, S-S-связи | В цитозольных белках S-S-связей мало из-за высокой конц глутатиона кот. восстанавливает SH-группы||
-слой образ. сердцевину (core) белков

антипараллельный -слой часто служит каркасом на кот собирается глобулярный белок
параллельный -слой часто бывает накрыт с 2-х сторон -спиралями
-спираль обнаружена в кератине | фенол денатурирует белки до первичной структуры | коагуляция - осаждение белков | этанол, ацетон, р-ры нек солей (MgSO4 (NH4)2SO4 Na2SO4) обратимо коагулируют белки, в воде снова образ коллоидный р-р. Необратимую коагуляцию (денатурацию) белка вызывает кипячение, минеральные кты, пикриновая кты, соли тяжелых ме, танин – необратимая коагуляция-денатурация
Протеины: альбумины хорошо р-ряются в воде (молоко, яичный белок, кровь); глобулины в воде не р-ряются, р-римы в разбавл р-рах солей (глобулины крови, миозин); глутелины р-ряются в разб щелочах (в растениях); склеропротеины — нер-римы (кератины, коллаген, белок натурального шелка фиброин) | Протеиды - протеины, соед с мол-лами др типа (простетические группы): фосфопротеиды сод мол-лы фосфорной кты, связанные в виде сложного эфира у ОН-группы серина (вителлин—белок
в яичном желтке, казеин); гликопротеиды сод остатки углеводов, входят в состав хрящей, рогов, слюны; хромопротеиды сод мол-лу окраш в-ва типа порфина (гемоглобин); нуклеопротеиды — связаны с нк (вирусы)
определение актного состава - метод гидролиза (6-10М HCl t100°С) получ смесь акт кот можно разделить | для кол-венного анализа применяют ионообменную и бумажную хроматографию Нек ф-ты расщеп белок специфически —в местах опред акты-->получ продукты ступенчатого расщепления — пептоны и пептиды, анализом кот опред актный состав | для опред послед-ти акт опредляют N- и С-концы пидных цепей определяя концевые акты и число пидных цепей. Для опред N-концов получают N-производное концевой акты, кот идентифицируют после полного гидролиза пептида. С-концы пептидных цепей опред избирательным отщеплением концевой акты с помощью ф-та — карбоксипептидазы и идентификацией этой акты Если белок из неск пептидов, то разрушают S-S-мостики окислением (над-муравьиной ктой) и затем полученные пиды
разделяют путем фракционирования на ионитах. Для определения последовательности расположения аминокислот в каждой полипептидной цепи ее подвергают частичному кислотному гидролизу и избирательному расщеплению с помощью ферментов, каждый из которых разрывает полипептидную цепь только в определенных местах присоединения какой-то одной определенной аминокислоты или одного типа аминокислот (основных, ароматических). Таким образом получают несколько наборов пептидов: которые разделяют, используя методы хроматографии и электрофореза. Строение коротких пептидов определяют последовательным отщеплением и идентификацией концевых аминокислот упомянутыми выше методами, а большие пептиды подвергают дополнительному расщеплению с последующим разделением и определением строения. Затем путем сложного сопоставления структуры различных участков пептидной цепи воссоздают полную картину расположения аминокислот в макромолекуле белка.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ БЕЛКА: биуретовая реакци, ксантопротеиновая
реакция (желтое окраш при действии конц HNO3, кот в присутствии аммиака становится оранжевым - нитрование остатков фенилаланина и тирозина); реакция Миллона (желто-коричневое окраш при действии с Hg(NI3)2+HNО3+HNO2, нингидриновая реакция, t белков с солями свинца-->черный осадок PbS если акты сод S, сильное нагревание вызывает разложение белков с выделением летучих продуктов, обладающих запахом жженых перьев.

Ферменты

Ферменты - белки, обладающие каталитической активностью.
Ферменты являются функциональными единицами клеточного метаболизма.
Ферменты специфичны, т.е. катализируют только определенные реакции с участием специфических субстратов.
Субстрат -
Для работы всех ферментов необходимы специфические pH, температура.
Для работы некоторых ферментов достаточно полипептидной цепи из которой они состоят (рибонуклеаза поджелудочной железы), для работы других необходимы кофакторы - неорганические вещества (например, ионы Fe2+,Mn2+,Zn2+), или органические вещества - коферменты, или и то и другое.
Простетическая группа - коферменты прочно соединяющиеся с ферментом (гем гемоглобина).
Холофермент - каталитически активный фермент со всеми полипептидными цепями, кофакторами и коферментами.
Апофермент - белковая часть фермента без кофакторов и коферментов.

Кофакторы некоторых ферментов.

Классификация ферментов.

В соответствии с международной номенклатурой все ферменты делятся на шесть классов согласно их функции:
1. Оксиредуктазы - осуществляют перенос электронов.
2. Трансферазы - осуществляют реакции с переносом функциональных групп.

3. Гидролазы - реакции гидролиза (перенос функциональных групп на молекулу воды).
4. Лиазы - присоединение групп по двойным связям и обратные реакции.
5. Изомеразы - перенос групп внутри молекулы с образованием изомерных форм.
6. Лигазы - образование С-С, С-S, C-O и С-N связей за счет реакций конденсации, сопряженных с распадом ATP.
Каждый класс разделяется на подклассы и подподклассы обозначаемые цифрой через точку.
Подробная классификация ферментов на английском языке приведена здесь.

Выражение концентрации ферментов

Скорость ферментативных реакций

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата
При повышении концентрации субстрата скорость реакции сначала возрастает линейно, затем выходит на плато.
Максимальная скорость наступает когда субстрата слишком много и фермент не успевает с ним справиться. Максимальная скорость
недостижима, поэтому используют величину равную половине максимальной скорости. Концентрация субстрата при которой начальная скорость равна половине от максимальной называется константой Михаэлиса.
Константы Михаэлиса некоторых ферментов