Структура белковой молекулы - сложная пространственная структура, обладающая первичным, вторичным, третичным и четвертичным уровнями организации. Особенности структурной организации белковой молекулы определяются первичным уровнем ее организации.
| Название структуры | Особенности структуры | Химические связи |
| Первичная | Цепочка из аминокислот | Пептидные связи (ковалентные, прочные) |
| Вторичная | Цепочка закручена в спираль (белки называют фибриллярными) | водородные (непрочные) |
| Третичная | Имеет вид клубка или глобулы (белки называют глобулярными) | Гидрофобные, водородные, ионные и дисульфидные S-S (ковалентные) |
| Четвертичная | Сложный комплекс из нескольких белковых макромолекул | Ионные, водородные, гидрофобные (нековалентные, непрочные) |
Свойства белков.
Денатурация белков — процесс, при котором происходит нарушение структурной организации белковой молекулы. Денатурация может происходить под влиянием различных факторов.
Денатурация может быть обратимой, когда происходит сохранение первичной структуры белковой молекулы и возможно восстановление полноценной структуры белка. Этот вид денатурации имеет чрезвычайно важное значение в процессе выполнения белками различных функций в организме. Необратимая денатурация характеризуется нарушениями в первичной структуре белка, когда восстановление белковой структуры становится невозможным.
Ренатурация — процесс восстановления структурной организации белковой молекулы. Ренатурация возможна только при обратимой денатурации.
ФУНКЦИИ БЕЛКОВ:
Биологические функции белков столь разнообразны, что трудно назвать процессы, в которых белки не принимают участия. Лишь генетическая функция принадлежит не белкам, а нуклеиновым кислотам, структура которых приспособлена для записи и воспроизведения генетической программы.
| Функции белков | Характеристика функций белков | Примеры белков, осуществляющих данную функцию |
| Ферментативная, или каталитичеcкая | Одна из наиболее распространенных функций белков, которая состоит в ускорении химических превращений (синтез и распад веществ; перенос отдельных групп атомов, электронов от одного вещества к другому) | Фумаратгидратаза - катализирует обратимое превращение фумарат + Н2О -> малат Цитохромоксидаза - участвует в транспорте электронов на кислород |
| Гормональная, или регуляторная | Регуляция обмена веществ внутри клеток и интеграция обмена в разных клетках целого организма | Инсулин - участвует в регуляции углеводного, белкового, жирового и других обменов Лютропин - участвует в регуляции синтеза прогестерона в желтом теле яичников |
| Рецепторная | Избирательное связывание различных регуляторов (гормонов, медиаторов, циклических нуклеотидов) на поверхности клеточных мембран или внутри клетки (цитозольные рецепторы) | Цитозольный рецептор эстрадиола - связывает эстрадиол внутри клеток, например слизистой матки Глюкагоновый рецептор - связывает гормон глюкагон на поверхности клеточной мембраны, например печени Регуляторная субъединица протеинкиназы - связывает цАМФ внутри клеток |
| Транспортная | Связывание и транспорт веществ между тканями и через мембраны клетки | Липопротеиды - участвуют в переносе липидов между тканями организма Транскортин - переносит кортикостероиды (гормоны коры надпочечников в крови) Миоглобин - переносит кислород в мышечной ткани |
| Структурная | Участвуют в построении различных мембран | Структурные белки митохондрий, плазматической мембраны и т. д. |
| Опорная, или механическая | Близкая по назначению к структурной. Обеспечивает прочность опорных тканей, участвуя в построении внеклеточных структур | Коллаген - структурный элемент опорного каркаса костной ткани, сухожилий Фиброин - участвует в построении оболочки кокона шелкопряда β-Кератин - структурная основа шерсти, ногтей, копыт |
| Резервная, или трофическая | Использование белков как запасного материала для питания развивающихся клеток | Проламины и глютелины - запасной материал семян пшеницы Овальбумин - запасной белок куриного яйца (используется при развитии зародыша) |
| Субстратно-энергетическая | Близка к резервной. Белок используется как субстрат (при распаде) для образования энергии. При распаде 1 г белка выделяется 17,1 кДж энергии | Все белки (поступающие или с пищей, или внутриклеточные), которые распадаются до конечных продуктов (СО2, Н2О, мочевина) |
| Механохимическая, или сократительная | Сокращение (механический процесс) с использованием химической энергии | Миозин - закрепленные нити в миофибриллах Актин - движущиеся нити в миофибриллах |
| Электроосмотическая | Участие в образовании разницы электрических зарядов и градиента концентрации ионов на мембране | Na+, К+ АТФаза - фермент, участвующий в создании разницы концентраций ионов Na+ и К+ и электрического заряда на клеточной мембране |
| Энерготрансформирующая | Трансформация электрической и осмотической энергии в химическую энергию (АТФ) | АТФ-синтетаза - осуществляет синтез АТФ за счет разности электрических потенциалов или градиента осмотической концентрации ионов на сопрягающей мембране |
| Когенетическая | Вспомогательная генетическая функция белков (приставка "ко" в переводе с латинского означает совместность действия). Сами белки не являются генетическим (наследственным) материалом, но помогают нуклеиновым кислотам реализовывать способность к самовоспроизведению и переносу информации | ДНК-полимераза - фермент, участвующий в репликации ДНК ДНК-зависимая РНК-полимераза - фермент, участвующий в переносе информации от ДНК к РНК |
| Генно-регуляторная | Способность некоторых белков участвовать в регуляции матричных функций нуклеиновых кислот и переноса генетической информации | Гистоны - белки, участвующие в регуляции репликации и частично транскрипции участков ДНК Кислые белки - участвуют в регуляции процесса транскрипции отдельных участков ДНК |
| Иммунологичеcкая, или антитоксическая | Антитела участвуют в обезвреживании чужеродных антигенов микроорганизмов (токсинов, выделяемых ими) путем образования комплекса антиген - антитело | Иммуноглобулины А, М, G и др. - выполняют защитную функцию Комплемент - белок, способствующий образованию комплекса - антиген-антитело |
| Токсигенная | Некоторые белки и пептиды, выделяемые организмами (в основном микроорганизмами), являются ядовитыми для других живых организмов | Ботулинический токсин - пептид, выделяемый палочкой ботулизма |
| Обезвреживающая | Благодаря функциональным группам белки связывают токсические соединения (тяжелые металлы, алкалоиды), обезвреживая их | Альбумины - связывают тяжелые металлы, алкалоиды |
| Гемостатическая | Участвуют в образовании тромба и остановке кровотечения | Фибриноген - белок сыворотки крови, полимеризуется в виде сетки, составляющей структурную основу тромба |
Ферменты - вещества белковой природы, за счет наличия которых обеспечивается ускорение реакций, протекающих в организме. Скорость этих реакций при отсутствии ферментов была бы чрезвычайно мала.
Для ускорения реакции необходимо очень небольшое количество фермента. Ферменты обладают рядом свойств: ферменты являются глобулярными белками, обеспечивают ускорение скорости реакций, протекающих в организме, количество ферментов до и после реакции не изменяется, определенный фермент катализирует определенную реакцию или определенную группу реакций, т. е. обладает специфичностью. Активность ферментов может быть различна. Влияние на активность ферментов могут оказывать различные факторы среды, в которой протекает реакция: кислотность среды, температура, давление. Большое значение также имеет количество субстрата реакции и самого фермента.
Энергия активации — то количество энергии, которое необходимо, чтобы реакция началась. Ферменты обеспечивают снижение энергии активации.
Фермент-субстратный комплекс — соединение, образующееся при взаимодействии субстрата и фермента, что необходимо для обеспечения катализируемой реакции. за счет наличия активного центра фермента, который и взаимодействует с субстратом.
Специфичность ферментов обеспечивается определенной структурой его активного центра, который должен соответствовать структуре молекулы субстрата по принципу «ключ-замок».
Кофакторы — вещества небелковой природы, которые необходимы некоторым ферментам для обеспечения их активной работы. Выделяют три группы кофакторов — неорганические ионы, протетические группы и коферменты.
Голофермент — комплекс, образующийся при взаимодействии фермента с кофактором.
Апофермент — часть голофермента без кофактора.
Ингибиторы — вещества, которые препятствуют протеканию ферментативных реакций. Ингибирование может быть обратимым и необратимым. При обратимом ингибировании ингибитор не вступает в реакцию с субстратом, но препятствует осуществлению ферментативной реакции за счет взаимодействия с активным центром фермента.
Необратимое ингибирование — ингибирование ферментативной реакции, когда ингибитор соединяется с неактивной частью фермента, изменяя таким образом его структурную организацию, и создает невозможные условия для осуществления реакции.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Открыты в 1869 г. швейцарским химиком Ф.Мишером в ядрах лейкоцитов, входящих в состав гноя.
| знаки | ДНК | РНК |
| Местонахождение в клетке | Ядро, митохондрии, хлоропласты | Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты |
| Местонахождение в ядре | Хромосомы | Ядрышко |
| Строение макромолекулы | Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью | Одинарная полинуклеотидная цепочка |
| Мономеры | Дезоксирибонуклеотиды | Рибонуклеотиды |
| Состав нуклеотид а | Азотистое основание (пуриновое-аденин, гуанин, пиримидиновое – тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты | Азотистое основание (пуриновое-аденин, гуанин, пиримидиновое-урацил, цитозин);рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты |
| Типы нуклеидов | Адениловый (А), гуаниловый(Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц) | Адениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (Т), цитидиловый (Ц) |
| Свойства | Способная к самоудвоению по принципу комплементарности А=Т, Т=А, Г=Ц, Ц=Г Стабильна. | Не способна к самоудвоению. Лабильна. |
| Функции | Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК, синтез РНК, информация о структуре белков. | Информационная (иРНК) – передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы, рибосомальная (рРНК) – входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) – переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и платидная РНК – входят в состав рибосом этих органелл |
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота)
В цитоплазме каждой клетки, а также в митохондриях, хлоропластах и ядрах содержится аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Она поставляет энергию для большинства реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка синтезирует новые молекулы белков, углеводов, жиров, избавляется от отходов, осуществляет активный транспорт веществ, биение жгутиков и ресничек и т. д.
Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями:
Связи между фосфатными группами не очень прочные, и при их разрыве выделяется большое количество энергии. В результате гидролитического отщепления от АТФ фосфатной группы образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) н высвобождается порция энергии:
АДФ также может подвергаться дальнейшему гидролизу с отщеплением еще одной фосфатной группы и выделением второй порции энергии; при этом АДФ преобразуется в аденозин-монофосфат (АМФ), который далее не гидролизуется:
АТФ образуется из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ и в процессе фотосинтеза. Этот процесс называется фосфорилированием. При этом должно быть затрачено не менее 40 кДж/моль энергии, которая аккумулируется в макроэргических связях:
Следовательно, основное значение процессов дыхания и фотосинтеза определяется тем, что они поставляют энергию для синтеза АТФ, с участием которой в клетке выполняется большая часть работы.
Таким образом, АТФ — это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов.
АТФ чрезвычайно быстро обновляется. У человека, например, каждая молекула АТФ расщепляется и вновь восстанавливается 2 400 раз в сутки, так что ее средняя продолжительность жизни менее 1 мин. Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах (частично в цитоплазме). Образовавшаяся здесь АТФ направляется в те участки клетки, где возникает потребность в энергии.
КЛЕТКА
 |  |
ПРОКАРИОТЫЭУКАРИОТЫ
 |  |  |  |  | |||||
Бактерии Цианобактерии Простейшие Растения Грибы Животные