белки,ферменты

Биохимия

Ишмухаметова Диляра Галимовна
профессор каф. биохимии

Биохимия (1 часть)
Статическая биохимия


Биохимия (2 часть)
Динамическая биохимия

Контрольная работа N1 по завершении 1 части
Контрольная работа N2 по завершении 2 части

Классификация аминокислот по структуре и свойствам. Как диссоциируют аминокислоты в

кислой и щелочной среде –покажите на примере аланина или любой другой аминокислоты. Назовите 10 незаменимых аминокислот. 3. Аминокислоты как структурные элементы белков, показать на примере, аминокислот какие функциональные группы участвуют в образовании пептидной связи. В чем принципиальное отличительное свойство белков от пептидов?
Белки.1.Структурная организация белков. Первичная структура.
Вторичная структура белка, зависимость от первичной структуры. От чего зависит тип укладки полипептидных цепей в α- спиральные и β-складчатые структуры. 2. Глобулярные и фибриллярные белки их свойства и примеры. Третичная структура: какие связи участвуют в образовании стабилизации третичной структуры белка. 3. Объясните фразу: четвертичная структура – это субъединичная структура белков. Приведите примеры белков, состоящих из нескольких субъединиц. Метаболоны –пятый уровень организации белков 4. Свойства белков. Молекулярная масса, примеры низко- и высокомолекулярных белков. Амфотерность белков. От чего зависит изоэлектрическая точка белка? 5. Растворимость белка и коллоидные свойства растворов белков. Состояния золя и геля. Денатурация, что происходит с белковой молекулой при денатурации? Какие факторы вызывают денатурацию белков? Чем отличается гидролиз от денатурации?
6. Классификация белков, простые и сложные белки. . Функции белков в живых организмах – перечислить функции и какие конкретные белки их выполняют. Примеры хромо - глико-, липо - и фосфопротеидов, их функции в клетках животных и растений.
Ферменты. 1. Химическая природа и структура. Перечислите основные отличия биологических катализаторов от химических. Классификация и номенклатура ферментов. 2. Активный центр фермента.Какую роль выполняют коферменты. Динамичность фермент - субстатного взаимодействия. 3. От чего зависит активность ферментов и скорость ферментативных реакций. Активирование и ингибирование ферментов, каким образом активаторы и ингибиторы оказывают влияние на активность фермента?

Темы для семинаров
Аминокислоты.
1. Аминокислоты – производные карбоновых кислот. 2. Классификация аминокислот по структуре и свойствам. Как диссоциируют аминокислоты в кислой и щелочной среде –покажите на примере аланина или любой другой аминокислоты. Назовите 10 незаменимых аминокислот. 3. Аминокислоты как структурные элементы белков, показать на примере, аминокислот какие функциональные группы участвуют в образовании пептидной связи. В чем принципиальное отличительное свойство белков от пептидов?

первичной структуры. От чего зависит тип укладки полипептидных цепей в

α- спиральные и β-складчатые структуры. Глобулярные и фибриллярные белки их свойства и примеры. Третичная структура: какие связи участвуют в образовании стабилизации третичной структуры белка. Объясните фразу: четвертичная структура – это субъединичная структура белков. Приведите примеры белков, состоящих из нескольких субъединиц. Метаболоны –пятый уровень организации белков Свойства белков. Молекулярная масса, примеры низко- и высокомолекулярных белков. Амфотерность белков. От чего зависит изоэлектрическая точка белка? Растворимость белка и коллоидные свойства растворов белков. Состояния золя и геля. Денатурация, что происходит с белковой молекулой при денатурации? Какие факторы вызывают денатурацию белков? Чем отличается гидролиз от денатурации?
Классификация белков, простые и сложные белки. . Функции белков в живых организмах – перечислить функции и какие конкретные белки их выполняют. Примеры хромо - глико-, липо - и фосфопротеидов, их функции в клетках животных и растений.

от химических. Классификация и номенклатура ферментов. Активный центр фермента.Какую роль

выполняют коферменты. Динамичность фермент - субстатного взаимодействия. От чего зависит активность ферментов и скорость ферментативных реакций. Активирование и ингибирование ферментов, каким образом активаторы и ингибиторы оказывают влияние на активность фермента?
Нуклеиновые кислоты.
Химический состав ДНК и РНК. Нуклеозиды- соединения, в которых азотистые основания связаны с пентозами через N-гликозидную связь. Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов. Нуклеиновые кислоты - полинуклеотиды, состоящие из мононуклеотидов, связанных между собой 31-, 51- фосфодиэфирной связью. Первичная структура ДНК. Правила Чаргаффа. Коэффициент специфичности ДНК. Вторичная структура ДНК. Комплементарные основания. Силы, стабилирующие вторичную структуру ДНК. Денатурация ДНК, температура плавления. Третичная структура ДНК. Суперспирализованное состояние ДНК у эукариотов, бактерий и вирусов. Кольцевые формы ДНК. Биологическое значение суперспирализации ДНК.
Структура и свойства РНК. Основные типы РНК, их локализация в клетке. Молекулярная масса, время жизни. Рибосомные РНК - основа субъединиц рибосом. Транспортная РНК, особенности вторичной структуры, связь с функцией. Информационная РНК, гетерогенная ядерная РНК, представление о процессинге.

2.

Взаимосвязь.

Макроэлементы:
C, N,O,H, P,

S, Cl, K, Na, Ca, Mg, Fe и др.

Микроэлементы:
Cu, Mg, Co, B, Zn, Mo, I, Se и др.

C, N,O,H составляют 98%массы биосферы земли.

2. Вода. Значение для живых организмов.
(около 90% массы клеток приходится на долю воды)

на долю воды)

водородную связь
между карбонильной и аминогруппой у амидов

или

аминоуксусная)




Аланин

(α – аминопропионовая)










Серин (α – амино-β-оксипропионовая)


Треонин
(α – амино-

β-оксимасляная

Цистеин (α – амино- β-тиопропионовая)

β

α

β

α

и
глутаминовая кислоты)

аланин, серин, цистеин, треонин, метионин, валин, лейцин, изолейцин

диаминомонокарбоновые (лизин,

аргинин, гистидин)

моноаминодикарбоновые (аспарагиновая,
глутаминовая кислоты )

в виде биполярных ионов:
В кислой среде аминогруппа присоединяет протон,

получает +заряд и становится катионом ( а-к-та ведет себя как основание)
В щелочной среде а-к-та ведет себя как кислота - отдает протон приобретает – заряд, т.е становится анионом

Свойства аминокислот

Аминокислоты обладают буферными свойствами

катионом ( а-к-та ведет себя как основание)
В щелочной среде а-к-та

ведет себя как кислота - отдает протон приобретает –заряд, т.е становится анионом

рН

ионизируемые группы
у них разная константа диссоциации:
СООН (рК=2,4)

– NH3 (рК=9,8)

рН, при котором сумма +зарядов равна сумме –зарядов молекулы аминокислоты.

ИЭТ для
моноамино –монокарбоновых имеет нейтральные значения,
моноаминодикарбоновых-кислые,
диаминомонокарбоновых щелочные значения рН

Изоэлектрическая точка

D-изомер
В состав

белков
входят только L- изомеры

1888
Гипотеза о пептидной связи аминокислот
в белках

Э.Фишер. 1902.Полипептидная теория
строения

белков

число а-к-тных остатков

Ди- трипептиды 2-3
Олигопептиды 10-20
Полипептиды 20-50

Белки (способны 50 и более
самостоятельно
стабилизировать
пространственную
структуру)
Белки низкомолекулярные 50 - 150
высокомолекулярные 150-1000 и более
Примеры:
Инсулин 51 а-к-тных остатков
РНКаза 120 а-к-тных остатков
Лизоцим 500 а-к-тных остатков
Иммуноглобулин 1300 а-к-тных остатков
Белок ВТМ 40 млн. а-к-тных остатков

остатков

между
СО- группой каждой пептидной связи и NH- группой четвертой пептидной

связи по ходу цепи. В результате этого полипептидная цепь принимает правую винтообразную форму, (4 а-ктного остатка на виток).
L-аминокислоты образуют только правые α-спирали.
Боковые радикалы расположены по обе стороны оси

одинаково заряженных группировок
большие размеры радикалов, присутствие пролина
Атом азота в

пролине входит в
состав жесткого кольца и это
исключает возможность
вращения вокруг N C связи
в полипептидной цепи

Пролин
иминокислота

Цистеин способствует упрочению α-структур
из-за образования поперечных дисульфидных
связей между полипептидными цепями

цистеин

цепей
Водородная связь

Водородная связь

параллельные цепи

антипараллельные цепи

глицин, аланин и др.


β -структуры характерны для фибриллярных белков:

фиброин

шелка (50% глицина)
белок паутины
кератин волос (в β- кератинах нет цистеина),
кератин ногтей (α- кератины)
панцырные белки

- фибриллярные белки с участками α- структур. В них много

пролина, нет цистеина

одной полипептидной цепи называется альфа-эластин.
В нем до 90%

гидрофобных аминокислот. Много лизина, есть участки
со строго определенной последовательностью расположения
аминокислот..

Структура ДЕСМОЗИНА (элемент эластина). - это структура пиридина, которая
образуется при взаимодействии лизина 4-х молекул альфа-эластина.

структуры молекула белка принимает термодинамически наиболее устойчивую конфигурацию

неполярными радикалами.

2. Дисульфидные связи (ковалентные)

3. Электростатические взаимодействия или ионные связи

между NH3+ и COO-

4. Водородные связи:
между NH- и CO- групп пептидных связей
между кислородом СОО- групп и
водородом -OH групп

молекулы РНК и более 2000 белковых
субъединиц. Белки нанизаны вокруг

РНК.

уровня
структурной организации белков.
Речь идет о полифункциональных макромолекулярных
комплексах,

или ассоциатах из разных ферментов,
получивших название метаболических олигомеров,
или метаболонов, и катализирующих весь путь
превращений субстратапревращений субстрата (синтетазы высших жирных кислот,
пируватдегидрогеназный комплекс, дыхательная цепь

лактоальбумин, белки икры)
Защитные белки (иммуноглобулины, яды насекомых, змей, токсины у

бактерий, токсичные белки растений)
Сократительные белки (актин и миозин мышечной ткани, тубулин в составе ресничек и жгутиков)
Структурные белки (коллаген, кератин, липопротеиды клеточных мембран)
Регуляторная функция (гистоны и протамины, гормоны белковой природы - инсулин, тиреоглобулин, фитогормоны,регуляторные белки у микроорганизмов)

“Белки выполняют самые различные функции и делают это
с необыкновенной легкостью и изяществом” (Френсис Крик)
Какие свойства молекул белка позволяют им выполнять широкий спектр функций?
Способность спонтанно образовать трехмерную конформацию.
Наличие большого количества функциональных групп (спиртовые, тиоловые, карбоксильные, карбоксиамидные , аминогруппы).
Способность взаимодействовать с другими макромолекулами, образуя комплексы.
Гибкость, эластичность, ригидность и прочность молекул белка.

небелкового компонентов:
апофермента и кофермента (кофактор ).
Прочно связанные кофакторы называются

простетическими группами
В качестве кофакторов могут выступать ионы металлов.
У большинства холоферментов кофакторами являются производные водорастворимых витаминов

Отличия ферментов от химических катализаторов:
высокая специфичность
чрезвычайно высокая скорость реакций
ферментативные реакции происходят при физиологических значениях рН, температуры, давления и т. п.
активность ферментов регулируется сообразно потребностям клетки

Ферменты

с присоединением воды)

Лиазы (добавление к двойным связям или удаление от

них функциональных групп)

Изомеразы (внутримолекулярный перенос групп)

Лигазы (связывание двух субстратов с расходом энергии АТФ)

фермента
модифицируется
(D.E.Koshland,1958)
Динамическое взаимодействие

а-к-тных остатков.
Их взаимное расположение зависит от первичной структуры
всей молекулы

ферментного белка. В создании активного центра участвуют
и прочно связанные с белком

простетические группы

1. Активность фермента (Е).
1
М/нар. ед-ца активности: количество ф-та, которое

катализирует превращение 1мкМ субстрата за 1 мин.
в оптимальных усл. для данного ф-та (рН, t-ра и др.)

1ед. акт = 1мкМ /мин.

1 катал = 1М/сек

Удельная активность = Е/мг белка

2. Концентрация фермента ( мкМ/л )

3. Концентрация субстрата ( мкМ/л )

4. Температура, рН, активаторы и
ингибиторы (ионы металлов)

активности: количество фермента, которое катализирует превращение 1мкМ субстрата за 1

мин. в оптимальных условиях для данного ф-та (рН, t-ра и др.)

1ед. акт = 1мкМ /мин.

Удельная активность = Е/мг белка

2. Концентрация фермента ( мкМ/л )

3. Концентрация субстрата ( мкМ/л )

4. Температура, рН, активаторы и
ингибиторы (ионы металлов)

1 катал = 1М/сек

небелкового компонентов:
апофермента и кофермента (кофактор ).
Прочно связанные кофакторы называются

простетическими группами
В качестве кофакторов могут выступать ионы металлов.
У большинства холоферментов кофакторами являются производные водорастворимых витаминов

Отличия ферментов от химических катализаторов:
высокая специфичность
чрезвычайно высокая скорость реакций
ферментативные реакции происходят при физиологических значениях рН, температуры, давления и т. п.
активность ферментов регулируется сообразно потребностям клетки

Ферменты