II. Biológiai osztályozás

a) Pótolhatatlan aminosavak, ezeket "esszenciális"-nak is nevezik. Az emberi szervezetben nem szintetizálódhatnak, táplálékkal kell ellátni őket. 8 van belőlük, és további 2 aminosav részben esszenciális.

Nélkülözhetetlenek: metionin, treonin, lizin, leucin, izoleucin, valin, triptofán, fenilalanin.

Részben pótolhatatlan: arginin, hisztidin.

a) Helyettesíthető(az emberi szervezetben szintetizálható). 10 van belőlük: glutaminsav, glutamin, prolin, alanin, aszparaginsav, aszparagin, tirozin, cisztein, szerin és glicin.

III. Kémiai osztályozás - az aminosav gyök kémiai szerkezetének megfelelően (alifás, aromás).

A fehérjék a riboszómákon szintetizálódnak, nem szabad aminosavakból, hanem azok transzport RNS-ekkel (t-RNS) rendelkező vegyületeiből.

Ezt a komplexet "aminoacil-t-RNS-nek" nevezik.

A fehérjemolekulában lévő aminosavak közötti kötések típusai

1. KOVALENTS KÖTÉSEK - a szokásos erős kémiai kötések.

a) peptidkötés

b) diszulfid kötés

2. NEM KOVALENTS (GYENGE) TÍPUSÚ KÖTÉSEK - rokon szerkezetek fizikai és kémiai kölcsönhatásai. Több tízszer gyengébb, mint a szokásos kémiai kötés. Nagyon érzékenyek a környezet fizikai és kémiai viszonyaira. Nem specifikusak, azaz nem szigorúan meghatározott kémiai csoportok kapcsolódnak egymáshoz, hanem sokféle, de bizonyos követelményeknek megfelelő kémiai csoportok.

a) Hidrogénkötés

b) Ionos kötés

c) Hidrofób kölcsönhatás

PEPTID KÖTÉS.

Az egyik aminosav COOH csoportja és a szomszédos aminosav NH 2 csoportja alkotja. A peptid nevében az összes aminosav nevének végződése, kivéve az utolsót, amely a molekula "C" végén található, "silt"-ra változik.

Tetrapeptid: valil-aszparagil-lizil-szerin

PEPTIDKÖTÉS CSAK AZ ALFA AMINÓCSOPORT ÉS A SZOMSZÉDOS COOH-CSOPORT, MINDEN AMINOSAV SZÁMÁRA KÖZÖS Molekulatöredék rovására jön létre!!! Ha a karboxil- és aminocsoportok a gyök részét képezik, akkor azok soha(!) nem vesznek részt egy fehérjemolekula peptidkötésének kialakításában.

Bármely fehérje egy hosszú, el nem ágazó polipeptidlánc, amely több tíz, száz és néha több mint ezer aminosavat tartalmaz. De nem számít, milyen hosszú a polipeptid lánc, mindig a molekula magján alapul, ami abszolút azonos minden fehérjénél. Minden polipeptidláncnak van egy N-terminálisa, amelyen van egy szabad terminális aminocsoport, és egy C-terminális, amelyet egy terminális szabad karboxilcsoport alkot. Az aminosav gyökök oldalágakként ülnek ezen a rúdon. Az egyik fehérje különbözik a másiktól e gyökök számában, arányában és váltakozásában. Maga a peptidkötés részben kettős a laktim-laktám tautoméria miatt. Ezért a körülötte való forgás lehetetlen, és maga másfélszer erősebb, mint a szokásos kovalens kötés. Az ábrán látható, hogy egy peptid vagy fehérje molekula rúdjában minden három kovalens kötésből kettő egyszerű és lehetővé teszi a forgást, így a rúd (a teljes polipeptid lánc) meg tud hajolni a térben.

A peptidkötés ugyan elég erős, de kémiai úton - a fehérje erős sav- vagy lúgoldatban 1-3 napig tartó forralásával - viszonylag könnyen tönkretehető.

A peptidkötéseken kívül a fehérjemolekulában lévő kovalens kötések közé tartoznak még DISZULFID KÖTÉS.

A cisztein egy aminosav, amelynek gyökében SH-csoport van, aminek köszönhetően diszulfid kötések képződnek.

A diszulfid kötés kovalens kötés. Biológiailag azonban sokkal kevésbé stabil, mint a peptidkötés. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szervezetben intenzíven zajlanak redox folyamatok. Egyazon polipeptid lánc különböző részei között létrejöhet diszulfidkötés, amely ezt a láncot hajlított állapotban tartja. Ha két polipeptid között diszulfidkötés jön létre, akkor egy molekulává egyesíti őket.

Adás (a lat. translatio- transzláció) a biológiában olyan reakciókat jelöl, amelyek eredményeként egy polipeptidlánc szintézise riboszómákban mRNS-t használva templátként megy végbe.
A szintézis során a polipeptidlánc meghosszabbodik az egyes aminosavak egymás utáni kapcsolódása következtében. A megfelelő aminosavak közötti peptidkötés kialakításának megértéséhez figyelembe kell venni a transzlációs folyamatban részt vevő riboszómák és transzport RNS-ek (tRNS-ek) szerkezetét.

Minden riboszóma 2 alegységet tartalmaz: nagy és kicsi, amelyek egymástól elválaszthatók. Ezen alegységek mindegyike riboszomális RNS-t és fehérjét tartalmaz. Egyes riboszómális fehérjék enzimek, pl. katalitikus funkciókat lát el. A kis alegység fő funkciója a genetikai információ "dekódolása". Megköti az aminosavakat hordozó mRNS-t és tRNS-t. A nagy alegység funkciója az aminosavak közötti peptidkötés kialakítása, amelyeket két szomszédos tRNS-molekula juttat be a riboszómába.

Szállító RNS.

A transzport RNS molekulák kicsik, 70-90 nukleotidot tartalmaznak. A tRNS feladata, hogy a polipeptidlánc szintézise során bizonyos aminosavakat a riboszómákba juttatjon, miközben minden aminosav a megfelelő tRNS-be kerül. Minden tRNS-molekula kialakíthat egy jellegzetes konformációt (az atomok térbeli elrendeződését egy molekulában) - a lóherelevél-konformációt. A tRNS-molekula ilyen konformációja azért következik be, mert szerkezete jelentős számú nukleotidot tartalmaz (egy régióban 4-7), amelyek komplementerek egymással. Az ilyen nukleotidok intramolekuláris párosítása a komplementer bázisok közötti hidrogénkötések képződése miatt egy ilyen szerkezet kialakulásához vezet. A lóhere levél tetején egy nukleotidhármas található, amely komplementer az aminosavat kódoló mRNS kodonnal. Ez a triplett a különböző aminosavakat hordozó tRNS-ekben különbözik, egy specifikus aminosavat kódol, pontosan azt, amit az adott tRNS hordoz. Őt hívják antikodon .

Antikodon tRNS molekula és kodon mRNS molekula

A lóhere levél tövében van egy olyan terület, ahol egy aminosav kötődik. Így kiderül, hogy a tRNS-molekula nem csak egy bizonyos aminosavat ad át, hanem a szerkezete is tartalmaz egy rekordot, hogy ezt a bizonyos aminosavat továbbítja, és ez a rekord a genetikai kód nyelvén készül.

Ahogy már elhangzott, riboszómák képesek megkötni a szintetizált fehérje aminosav-szekvenciájáról információt hordozó mRNS-t, az aminosavakat hordozó tRNS-eket és végül a szintetizált polipeptidláncot. A riboszóma kis alegysége kötődik a polipeptidlánc első aminosavát (általában metionint) hordozó mRNS-hez és tRNS-hez, amely után a nagy alegység kötődik, így működő (működő) riboszómát alkot. A riboszóma aktív központja, ahol két szomszédos aminosav között peptidkötés jön létre, úgy van kialakítva, hogy egyidejűleg két szomszédos mRNS kodon (triplet) helyezkedhessen el benne. Az első szakaszban a tRNS kötődik az mRNS-hez a kodon és az antikodon közötti kölcsönhatás miatt. Mivel a tRNS-en elhelyezkedő antikodon és az mRNS-en található kodon komplementerek, a hozzájuk tartozó nitrogénbázisok között hidrogénkötések jönnek létre. A második szakaszban a második tRNS-molekula szomszédos kodonjához hasonló módon történik a kötődés. Ebben a szakaszban a tRNS molekulák a riboszóma aktív központjában úgy rendeződnek el, hogy az első tRNS-hez kötődő első aminosav -C = O csoportja közel legyen a szabad aminocsoporthoz (-NH 2 ) a második transzport tRNS részét képező aminosavból. Így a szekvenciálisan elhelyezkedő mRNS kodonok és a megfelelő tRNS antikodonok közötti kodon-antikodon kölcsönhatás miatt pontosan azok az aminosavak helyezkednek el egymás mellett, amelyeket az mRNS szekvenciálisan kódol.

A riboszóma aktív központja, amelyben két szomszédos aminosav között peptidkötés jön létre

A következő szakaszban, amikor az újonnan érkezett tRNS aminosavának részét képező szabad aminocsoport kölcsönhatásba lép az első aminosav aminosavának karboxilcsoportjával, a két aminosav között peptidkötés jön létre. savak kapcsolódnak a megfelelő tRNS-hez. A reakciót szubsztitúcióval hajtjuk végre, ahol a kilépő csoport az első tRNS-molekula. E szubsztitúció eredményeképpen a megnyúlt tRNS, amely már tartalmazza a dipeptidet, a riboszómához kötődik. Ennek a reakciónak a végrehajtásához egy enzimre van szükség, amely a riboszóma nagy alegységének része.

Az utolsó szakaszban a második tRNS-molekulához kötött peptid elmozdul arról a helyről, ahol az aminosavat tartalmazó tRNS a ciklus elején kapcsolódott, arra a helyre, ahol a tRNS kötődik a kapott peptidhez. A szintetizált peptidlánc mozgásával egyidejűleg a riboszóma az mRNS mentén mozog, míg annak (riboszóma) aktív központjában megjelenik a következő mRNS kodon, amely után a fent leírt események megismétlődnek. A fehérjeszintézis nagyon nagy sebességgel megy végbe, egy 100 aminosavból álló peptid körülbelül 1 perc alatt szintetizálódik.

A riboszóma a fonalas mRNS-molekula mentén mozog, ahogy a polipeptidlánc összeáll. Egy mRNS-molekulán egyidejűleg több riboszóma is elhelyezhető, és mindegyik szintetizálja az e tRNS által kódolt polipeptidláncot, aminek eredményeként poliszómák : mRNS szálára felfűzött riboszómák. Minél tovább halad a riboszóma az mRNS-lánc mentén, annál hosszabb ideig szintetizálódik a fehérjemolekula fragmentuma. A fehérjeszintézis akkor ér véget, amikor a riboszóma eléri az mRNS-molekula végét, majd a riboszóma az újonnan szintetizált fehérjével elhagyja az mRNS-molekulát (lásd az alábbi ábrát). A polipeptidlánc szintézisének befejeződését három speciális kodon adja, amelyek közül az egyik az mRNS-molekula terminális részében található. Az információ leolvasása egy mRNS-molekulából csak egy irányban lehetséges.

A fehérjeszintézis folyamata

A polipeptidlánc újonnan képződött vége még a szintézis során is képes kötődni speciális fehérjékhez kísérők , amely biztosítja a helyes formázást, majd a Golgi-készülékbe kerül, ahonnan a fehérje eljut arra a helyre, ahol működni fog. Az mRNS-től és a szintetizált polipeptidlánctól felszabaduló riboszóma alegységekre bomlik, majd a nagy alegység ismét kapcsolódhat a kicsihez, és aktív riboszómát képezhet, amely képes új (vagy ugyanazon) fehérje szintetizálására.

Mint korábban említettem, minden olyan szintézis folyamat, amelynek eredményeként egyszerűbb molekulákból összetettebbek jönnek létre, energiaráfordítással zajlanak. A fehérje bioszintézis reakciók egész láncolata, amely energiafelhasználással megy végbe. Például egy aminosav tRNS-hez való kötődéséhez az ATP-molekula két nagy energiájú kötésének energiája szükséges. Ezenkívül az egyik peptidkötés kialakulása során egy másik nagy energiájú kötés energiáját használják fel. Így egy fehérjemolekulában egy peptidkötés kialakulása során az ATP-molekulák három nagy energiájú kötésében tárolt energia mennyisége elhasználódik.

A fehérjék elsődleges szerkezete az L-a-aminosavak peptidkötésekkel történő összekapcsolódása eredményeként jön létre. Ezt számos különböző adat bizonyítja, de a legmeggyőzőbb bizonyíték az inzulin és ribonukleáz kémiai szintézise volt, amelyet aminosavak peptidkötésekkel történő szekvenciális összekapcsolásával hajtanak végre.

A legtöbb fehérje szerkezetét az erős kötések két osztálya (peptid és diszulfid) és a gyenge kötések három osztálya (hidrogén-, hidrofób és elektrosztatikus, azaz só) stabilizálja.

A peptidkötés merevsége

A peptidek szerkezeti képleteiben a karbonilcsoport és az a-nitrogénatom közötti kötés egyszeres kötésként van ábrázolva, de valójában ez a kötés a szén- és nitrogénatomok között részben kettős kötés (5.1. ábra). A szabad forgás körülötte lehetetlen, és az ábra mind a négy atomja.

Rizs. 5.1. A peptidkötés rezonáns stabilizálása részlegesen kettős kötés jellegét adja; ez magyarázza a kapcsolat merevségét.

5.1 ugyanabban a síkban fekszenek (egysíkúak). Éppen ellenkezőleg, a polipeptid gerincének többi kötése körüli forgás meglehetősen szabad. Ezt a helyzetet szemlélteti a ábra. 5.2, ahol a kötéseket, amelyek körül szabad forgás lehetséges, kerek nyilak veszik körül, és a koplanáris atomok csoportjait árnyékoljuk. Ez a félmerevség fontos következményekkel jár a fehérje szerkezeti szerveződésének magasabb szintjére nézve.

Láncközi és láncon belüli térhálósított diszulfid kötések

Diszulfidkötés képződik két cisztein-maradék között, és "összefűzi" a polipeptidlánc (vagy láncok) két régióját, amelyhez ezek a csoportok tartoznak.

Rizs. 5.2. Teljesen kiterjesztett polipeptidlánc paraméterei. Az árnyékolt területeken található négy atom egysíkú és peptidkötést alkot. Az árnyékolatlan területeken az a-szénatom, az a-hidrogénatom és a megfelelő aminosav R-csoportja található. Az a-szenet az a-nitrogénnel és az a-karbonilt összekötő kötések körül szabad forgás lehetséges (nyilakkal jelölve). A megnyúlt polipeptidlánc tehát egy olyan félmerev szerkezet, amelyben a gerinc atomjainak kétharmada (ha a peptidkötést alkotó csoportok szerinti atomokat tekintjük) egymáshoz képest rögzített pozíciót foglal el, és ugyanabban a helyzetben van. repülőgép. A szomszédos a-szénatomok távolsága 0,36 nm. Más atomközi távolságok és kötési szögek is megjelennek (nem egyenértékűek). (Pauling L., Corey R. B., Branson H. R. jóvoltából: A proteinek szerkezete. A polipeptidlánc két hidrogénkötésű helikális konfigurációja. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1951: 37:205 .)

Ez a kötés stabil marad olyan körülmények között, amelyek között a fehérje általában denaturálódik. A fehérje perhanmasavval (oxidáló kötések) vagy β-merkaptoetanollal (redukáló kötések két cisztein-maradék regenerációjával) történő kezelése diszulfidkötésekkel összekapcsolt polipeptidláncok szétválásához vezet; elsődleges szerkezetük nem érintett (lásd 4.10. ábra).

Polipeptidek stabilizálása láncok közötti és láncon belüli hidrogénkötésekkel

Hidrogénkötések jönnek létre 1) olyan csoportok között, amelyek az oldalláncok részét képezik, és képesek hidrogénkötések kialakítására; 2) a gerinc peptidcsoportjaihoz tartozó nitrogén- és oxigénatomok között; 3) a fehérjemolekula felületén elhelyezkedő poláris maradékok és a vízmolekulák között. Mindegyik fontos szerepet játszik a másodlagos, tercier stb. stabilizálásában. fehérjeszerkezetek (lásd az „a-Helix” és „Összehajtott P-réteg” részt).

Hidrofób kölcsönhatások

A fehérjékben található semleges aminosavak nem poláris oldalláncai hajlamosak asszociálódni. Ebben az esetben a sztöchiometrikus összefüggések nem figyelhetők meg, így nem jön létre a szokásos értelemben vett kötés. Ezek a kölcsönhatások azonban fontos szerepet játszanak a fehérjeszerkezet fenntartásában.

Az egyik aminosav COOH csoportja és a szomszédos aminosav NH2 csoportja alkotja. A peptid nevében az összes aminosav nevének végződése, kivéve az utolsót, amely a molekula "C" -végén található, "silt"-ra változik. Például tetrapeptid: valil-aszparagil-lizil-szerin

A PEPTIDKÖTÉS CSAK AZ ALFA AMINO CSOPORT ÉS A SZOMSZÉDOS COOH-CSOPORT KÖLTSÉGÉRE ALAKULJON MEG, AZ ÖSSZES AMINOSAV Molekula TÖRLÉSE. Ha a karboxil- és aminocsoportok a gyök részét képezik, akkor azok soha nem vesznek részt egy fehérjemolekula peptidkötésének kialakításában.

Maga a peptidkötés részben kettős a laktim-laktám tautoméria miatt. Ezért a körülötte való forgás lehetetlen, és maga másfélszer erősebb, mint a szokásos kovalens kötés. Az ábrán látható, hogy egy peptid vagy fehérjemolekula rúdjában minden három kovalens kötésből kettő egyszerű és lehetővé teszi a forgást, így a rúd (a teljes polipeptid lánc) meghajolhat a térben.

A peptidkötéseken kívül a fehérjemolekulában lévő kovalens kötések közé tartoznak még DISZULFID KÖTÉS.

A diszulfid kötés kovalens kötés. Biológiailag azonban sokkal kevésbé stabil, mint a peptidkötés. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szervezetben intenzíven zajlanak redox folyamatok. Egyazon polipeptid lánc különböző részei között létrejöhet diszulfidkötés, amely ezt a láncot hajlított állapotban tartja. Ha két polipeptid között diszulfidkötés jön létre, akkor egy molekulává egyesíti őket.

GYENGE TÍPUSÚ CSATLAKOZÁSOK

Több tízszer gyengébb, mint a kovalens kötések. A gyenge kötéstípusok fizikai és kémiai kölcsönhatások. Ezért nagyon érzékenyek a környezeti feltételek változásaira (hőmérséklet, a közeg pH-ja, az oldat ionerőssége stb.).

HIDROGÉNKÖTÉS- Ez egy kötés, amely két elektronegatív atom között jön létre a hidrogénatom miatt, amely kovalensen kapcsolódik az egyik elektronegatív atomhoz (lásd az ábrát).

A hidrogénkötés körülbelül 10-szer gyengébb, mint a kovalens kötés. Ha a hidrogénkötések sokszor ismétlődnek, akkor nagy szilárdsággal tartják a polipeptid láncokat. A hidrogénkötések nagyon érzékenyek a környezeti feltételekre és a benne lévő anyagok jelenlétére, amelyek maguk is képesek ilyen kötések kialakítására (például karbamid).

ION KÖTÉS- pozitív és negatív töltésű csoportok (további karboxil- és aminocsoportok) között fordul elő, amelyek a lizin, arginin, hisztidin, aszparaginsav és glutaminsav gyököiben találhatók.

HIDROFÓB KÖLCSÖNZÉS- a fehérjemolekulában a hidrofób aminosavak gyökei között fellépő nem specifikus vonzás - van der Waals erői okozzák, és a víz felhajtóereje egészíti ki.

A peptidek nómenklatúrája

A peptidláncnak van egy irányés két különböző vége - N végű az első aminosav szabad aminocsoportját hordozva, és C-vég az utolsó aminosav karboxilcsoportját hordozza. Emlékezzünk vissza, hogy a fehérjékben és peptidekben az aminosavak egymás után láncba kapcsolódnak. Egy konkrét peptid megnevezéséhez elég felsorolni (az N-végtől kezdve) utósorozat az alkotó aminosavak hárombetűs vagy egybetűs kódban. Például a peptidhormon aminosavsorrendje angiotenzin II a következőképpen szól: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe.

A peptidek elnevezésekor az aminosav rövidített nevéhez a –yl utótagot adjuk, kivéve az utolsó C-terminális aminosavat. Például a Ser-Gly-Pro-Ala tetrapeptid srilglicil-prlilalanint olvas.

Az ismétlődő csoportok láncát -NH-CH-CO- nevezzük peptid gerinc. Nem számít, milyen hosszú a polipeptid lánc, mindig a molekula magján alapul, ami minden fehérje esetében abszolút azonos. Az aminosav gyökök oldalágakként ülnek ezen a rúdon. Az egyik fehérje különbözik a másiktól e gyökök számában, arányában és váltakozásában. A peptideket és fehérjéket alkotó aminosav monomereket aminosavmaradékoknak nevezzük.

A peptidek általános jellemzői.

Egy peptid 2 vagy több aminosavból áll, amelyeket peptidkötések kapcsolnak össze. A 10-nél kevesebb aminosavból álló peptideket oligopeptideknek nevezzük. A 10-nél több aminosavból álló peptideket polipeptideknek nevezzük. Egyes kisméretű fehérjék ugyanannyi aminosavat tartalmazhatnak. A feltételes határ a polipeptidek és a fehérjék között a 6000 molekulatömegű régióban van.

Az emlős polipeptidek a proteinogén aminosavak alfa-aminocsoportja és alfa-karboxilcsoportja között képződő peptidkötéseket tartalmaznak. Egyes polipeptidek azonban tartalmazhatnak más aminosavakat vagy proteinogén aminosavak származékait. Az atipikus peptid a glutation (gamma-glutamil-ciszteinilglicin) tripeptid, amelyben az N-terminális glutamát és a cisztein nem kapcsolódik alfa-peptid kötéssel.

A peptidek biológiai szerepe.

1. A peptidek a legfontosabb emberi hormonok, mint például a glukagon, oxitocin, vazopresszin.

2. Az emésztési folyamatokat szabályozó peptidek, például gasztrin, kolecisztokinin.

3. Az értónust és a vérnyomást szabályozó peptidek, például angiotenzin II, bradikinin.

4. Étvágyszabályozó peptidek, például leptin, β-endorfinek.

5. Fájdalomcsillapító hatású peptidek, például opioid peptidek (enkefalinok és endorfinok).

6. Peptidek, amelyek részt vesznek a magasabb idegi aktivitás szabályozásában, az alvás, memória, tanulás stb. mechanizmusaihoz kapcsolódó biokémiai folyamatokban.

7. A glutation-tripeptid funkciója megvédi a sejteket a szabad gyökök által okozott oxidatív károsodástól.

Orvosi érték.

A peptideket gyógyszerként használják, például a peptidek bizonyos antibiotikumok, rákellenes gyógyszerek.

Az endogén fehérjék szétesésének folyamatában közepes molekulatömegű peptidek (SMP) képződnek. Az SMP-k nagy részét 300-5000 D molekulatömegű polipeptidek képviselik. Az SMP-k sokféle biológiai aktivitással rendelkeznek. Fiziológiás körülmények között a közepes molekulatömegű peptidek 95%-a főként glomeruláris szűréssel távozik.

A vesék kiválasztó funkciójának gyengülése és a fehérjék nem teljes lebomlása (proteolízis) az SMP koncentrációjának növekedéséhez vezet a vérplazmában (szérumban). Ezenkívül a közepes molekulák koncentrációja a beteg szérumában 8-10-szer magasabb lehet, mint a norma.

Az SMP felhalmozódása a mikrocirkuláció megsértéséhez, valamint a nátrium- és káliumionok membránokon keresztül történő szállításához, a szervezet immunválaszának elnyomásához, számos enzim aktivitásának gátlásához vezet. A klinikai gyakorlatban az EMS-t a mérgezés kritériumaként határozzák meg.

Mókusok- α-aminosav-maradékokból álló nagy molekulatömegű szerves vegyületek.

V fehérje összetétel magában foglalja a szenet, hidrogént, nitrogént, oxigént, ként. Egyes fehérjék komplexeket képeznek más foszfort, vasat, cinket és rezet tartalmazó molekulákkal.

A fehérjék nagy molekulatömegűek: tojásalbumin - 36 000, hemoglobin - 152 000, miozin - 500 000. Összehasonlításképpen: az alkohol molekulatömege 46, az ecetsav 60, a benzol 78.

A fehérjék aminosav összetétele

Mókusok- nem szakaszos polimerek, amelyek monomerei α-aminosavak... Általában 20 fajta α-aminosavat neveznek fehérjemonomernek, bár ezek közül több mint 170-et találtak sejtekben és szövetekben.

Attól függően, hogy az aminosavak szintetizálhatók-e az emberi szervezetben és más állatokban, különbséget kell tenni a következők között: nem esszenciális aminosavak- szintetizálható; esszenciális aminosavak- nem szintetizálható. Az esszenciális aminosavakat étellel kell bevinni. A növények mindenféle aminosavat szintetizálnak.

Az aminosav összetételtől függően fehérjék: teljes- tartalmazza az aminosavak teljes készletét; alsóbbrendű- néhány aminosav hiányzik az összetételükből. Ha a fehérjék csak aminosavakból állnak, akkor ún egyszerű... Ha a fehérjék az aminosavak mellett nem aminosav komponenst (protéziscsoportot) is tartalmaznak, akkor ún. összetett... A protéziscsoportot fémek (fémproteinek), szénhidrátok (glikoproteinek), lipidek (lipoproteinek), nukleinsavak (nukleoproteinek) képviselhetik.

Minden aminosavak tartalmazzák: 1) egy karboxilcsoport (-COOH), 2) egy aminocsoport (-NH 2), 3) egy gyök vagy R-csoport (a molekula többi része). A gyök szerkezete eltérő a különböző típusú aminosavak esetében. Az aminosavakat alkotó aminocsoportok és karboxilcsoportok számától függően a következők vannak: semleges aminosavak egy karboxilcsoporttal és egy aminocsoporttal rendelkezik; esszenciális aminosavak egynél több aminocsoporttal rendelkezik; savas aminosavak egynél több karboxilcsoporttal rendelkezik.

Az aminosavak azok amfoter vegyületek, mivel oldatban savként és bázisként is működhetnek. Vizes oldatokban az aminosavak különböző ionos formákban léteznek.

Peptid kötés

Peptidek- peptidkötéssel összekapcsolt aminosav-maradékokból álló szerves anyagok.

A peptidek képződése az aminosavak kondenzációs reakciójának eredményeként megy végbe. Amikor az egyik aminosav aminocsoportja kölcsönhatásba lép a másik karboxilcsoportjával, kovalens nitrogén-szén kötés jön létre közöttük, amelyet ún. peptid... A peptidet alkotó aminosavak számától függően megkülönböztetünk dipeptidek, tripeptidek, tetrapeptidek stb. A peptidkötés kialakulása sokszor megismételhető. Ez oktatáshoz vezet polipeptidek... A peptid egyik végén van egy szabad aminocsoport (úgynevezett N-vég), a másik végén pedig egy szabad karboxilcsoport (úgynevezett C-vég).

A fehérjemolekulák térbeli szerveződése

A fehérjék bizonyos specifikus funkcióinak ellátása molekuláik térbeli konfigurációjától függ, emellett energetikailag kedvezőtlen a sejt számára, hogy a fehérjéket kibontott formában, lánc formájában tartsa, ezért a polipeptid láncok feltekerednek, felveszik egy bizonyos háromdimenziós szerkezet vagy konformáció. Válasszon ki 4 szintet fehérjék térbeli szerveződése.

Elsődleges fehérje szerkezet- a fehérjemolekulát alkotó polipeptidláncban az aminosavak elrendeződésének sorrendje. Az aminosavak közötti kapcsolat a peptid.

Ha egy fehérjemolekula csak 10 aminosavból áll, akkor a fehérjemolekulák elméletileg lehetséges változatainak száma, amelyek az aminosavak váltakozási sorrendjében különböznek egymástól, 10 20. 20 aminosavval ezekből még változatosabb kombinációkat alkothatsz. Az emberi szervezetben mintegy tízezer különböző fehérjét találtak, amelyek mind egymástól, mind más szervezetek fehérjéitől különböznek.

Ez a fehérjemolekula elsődleges szerkezete, amely meghatározza a fehérjemolekulák tulajdonságait és térbeli konfigurációját. Egyetlen aminosav helyettesítése egy másikkal a polipeptidláncban a fehérje tulajdonságainak és funkcióinak megváltozásához vezet. Például a hatodik glutamin aminosav helyettesítése valinnal a hemoglobin β-alegységében ahhoz a tényhez vezet, hogy a hemoglobin molekula egésze nem tudja ellátni fő funkcióját - oxigénszállítást; ilyenkor az emberben betegség – sarlósejtes vérszegénység – alakul ki.

Másodlagos szerkezet- a polipeptidlánc rendezett hajtogatása spirálba (hosszabbított rugónak tűnik). A hélix fordulatait a karboxilcsoportok és az aminocsoportok között létrejövő hidrogénkötések erősítik. Szinte minden CO és NH csoport részt vesz a hidrogénkötések kialakításában. Gyengébbek, mint a peptidek, de sokszor megismételve stabilitást és merevséget adnak ennek a konfigurációnak. A másodlagos szerkezet szintjén fehérjék találhatók: fibroin (selyem, pókháló), keratin (haj, köröm), kollagén (inak).

Harmadlagos szerkezet- a polipeptid láncok gömbölyűvé való hajtogatása, ami kémiai kötések (hidrogén, ionos, diszulfid) létrejöttéből és az aminosavak gyökök közötti hidrofób kölcsönhatások létrejöttéből adódik. A harmadlagos szerkezet kialakításában a fő szerepet a hidrofil-hidrofób kölcsönhatások játsszák. Vizes oldatokban a hidrofób gyökök hajlamosak elbújni a víz elől, egy gömb belsejében csoportosulva, míg a hidrofil gyökök a hidratáció (vízdipólusokkal való kölcsönhatás) következtében a molekula felszínén helyezkednek el. Egyes fehérjékben a tercier szerkezetet két ciszteinmaradék kénatomjai közötti kovalens diszulfid kötések stabilizálják. A harmadlagos szerkezet szintjén enzimek, antitestek és néhány hormon található.

Negyedidős szerkezet komplex fehérjékre jellemző, amelyek molekuláit két vagy több gömböcske alkotja. Az alegységeket ionos, hidrofób és elektrosztatikus kölcsönhatások tartják a molekulában. Néha a kvaterner szerkezet kialakulása során diszulfid kötések keletkeznek az alegységek között. A legtöbbet vizsgált kvaterner szerkezetű fehérje az hemoglobin... Két α-alegység (141 aminosav) és két β-alegység (146 aminosav) alkotja. Mindegyik alegységhez vasat tartalmazó hem molekula kapcsolódik.

Ha a fehérjék térbeli konformációja valamilyen oknál fogva eltér a normálistól, a fehérje nem tudja ellátni funkcióit. Például a kergemarhakórt (szivacsos agyvelőbántalom) a prionok, az idegsejtek felszíni fehérjéinek rendellenes konformációja okozza.

A fehérje tulajdonságai

Az aminosav összetétel, a fehérje molekula szerkezete határozza meg tulajdonságait... A fehérjék bázikus és savas tulajdonságokat egyesítenek, amelyeket az aminosav gyökök határoznak meg: minél több savas aminosav van egy fehérjében, annál kifejezettebb a savas tulajdonságai. A H + adásának és kötésének képességét az határozza meg a fehérjék pufferelő tulajdonságai; az egyik legerősebb puffer a vörösvértestekben lévő hemoglobin, amely állandó szinten tartja a vér pH-ját. Vannak oldható fehérjék (fibrinogén), vannak oldhatatlan fehérjék, amelyek mechanikai funkciókat látnak el (fibroin, keratin, kollagén). Vannak kémiailag aktív fehérjék (enzimek), vannak kémiailag inaktívak, ellenállnak a különböző környezeti feltételeknek és rendkívül instabilok.

Külső tényezők (hő, ultraibolya sugárzás, nehézfémek és sóik, pH-változások, sugárzás, kiszáradás)

a fehérjemolekula szerkezeti szerveződésének megzavarását okozhatja. Az adott fehérjemolekulában rejlő háromdimenziós konformáció elvesztésének folyamatát ún denaturáció... A denaturációt egy bizonyos fehérjeszerkezetet stabilizáló kötések felszakadása okozza. Kezdetben a leggyengébb kötelékek szakadnak meg, keményebb körülmények között pedig még erősebbek. Ezért először a kvaterner, majd a harmadlagos és másodlagos szerkezetek vesznek el. A térbeli konfiguráció változása a fehérje tulajdonságainak megváltozásához vezet, és ennek következtében lehetetlenné teszi a fehérje biológiai funkcióinak ellátását. Ha a denaturáció nem jár együtt az elsődleges szerkezet tönkremenetelével, akkor lehet megfordítható, ebben az esetben a fehérjében rejlő konformáció ön-helyreállítása következik be. Például a membránreceptor fehérjék ilyen denaturáción mennek keresztül. A fehérjeszerkezet denaturáció utáni helyreállításának folyamatát ún renaturáció... Ha a fehérje térbeli konfigurációjának helyreállítása lehetetlen, akkor denaturációt nevezünk visszafordíthatatlan.

A fehérje funkciók

Funkció	Példák és magyarázatok
Építkezés	A fehérjék részt vesznek a sejtes és extracelluláris struktúrák kialakításában: a sejtmembránok (lipoproteinek, glikoproteinek), a haj (keratin), az inak (kollagén) stb. részei.
Szállítás	A hemoglobin vérfehérje oxigént köt, és a tüdőből az összes szövetbe és szervbe szállítja, és onnan szén-dioxidot szállít a tüdőbe; A sejtmembránok összetétele speciális fehérjéket tartalmaz, amelyek bizonyos anyagok és ionok aktív és szigorúan szelektív átvitelét biztosítják a sejtből a külső környezetbe és fordítva.
Szabályozó	A fehérjehormonok részt vesznek az anyagcsere folyamatok szabályozásában. Például az inzulin hormon szabályozza a vércukorszintet, elősegíti a glikogén szintézisét, és fokozza a zsírok képződését a szénhidrátokból.
Védő	Az idegen fehérjék vagy mikroorganizmusok (antigének) szervezetbe való behatolására válaszul speciális fehérjék képződnek - olyan antitestek, amelyek képesek megkötni és semlegesíteni őket. A fibrinogénből képződő fibrin segít megállítani a vérzést.
Motor	Az aktin és a miozin kontraktilis fehérjék biztosítják az izomösszehúzódást többsejtű állatokban.
Jel	A fehérjemolekulák beépülnek a sejt felszíni membránjába, amelyek a környezeti tényezők hatására képesek harmadlagos szerkezetüket megváltoztatni, így látják el a külső környezetből érkező jelek fogadását és a parancsok továbbítását a sejt felé.
Tárolás	Az állatok testében a fehérjék általában nem raktározódnak, kivéve a tojásalbumint és a tejkazeint. De a szervezetben lévő fehérjéknek köszönhetően bizonyos anyagok tartalékba rakhatók, például a hemoglobin lebomlásakor a vas nem ürül ki a szervezetből, hanem elraktározódik, komplexet képezve a ferritin fehérjével.
Energia	Amikor 1 g fehérje végtermékekké bomlik, 17,6 kJ szabadul fel. Először a fehérjéket aminosavakra, majd végtermékekre - vízre, szén-dioxidra és ammóniára - bontják. A fehérjéket azonban energiaforrásként csak akkor használják fel, ha más forrásokat (szénhidrátokat és zsírokat) elhasználnak.
Katalitikus	A fehérjék egyik legfontosabb funkciója. Fehérjékkel ellátva - enzimekkel, amelyek felgyorsítják a sejtekben a biokémiai reakciókat. Például a ribulóz-bifoszfát-karboxiláz katalizálja a CO 2 megkötését a fotoszintézis során.

Enzimek

Enzimek, vagy enzimek, A fehérjék egy speciális osztálya, amelyek biológiai katalizátorok. Az enzimeknek köszönhetően a biokémiai reakciók óriási sebességgel mennek végbe. Az enzimreakciók sebessége több tízezerszer (és néha milliókban is) haladja meg a szervetlen katalizátorok részvételével zajló reakciók sebességét. Az anyagot, amelyre az enzim hat, nevezzük szubsztrát.

Enzimek - globuláris fehérjék szerkezeti jellemzők Az enzimek két csoportra oszthatók: egyszerű és összetett. Egyszerű enzimek egyszerű fehérjék, pl. csak aminosavakból áll. Komplex enzimek komplex fehérjék, pl. a fehérje részen kívül tartalmaznak egy nem fehérje jellegű csoportot is - kofaktor... Egyes enzimek esetében a vitaminok kofaktorként működnek. Az enzimmolekulában egy speciális rész szekretálódik, az úgynevezett aktív központ. Aktív központ- az enzim egy kis szakasza (három-tizenkét aminosavból), ahol a szubsztrát vagy szubsztrátok kötődnek és enzim-szubsztrát komplexet képeznek. A reakció befejeződése után az enzim-szubsztrát komplex enzimre és reakciótermék(ek)re bomlik. Egyes enzimek (az aktív kivételével) allosztérikus központok- azok a helyek, amelyekhez az enzimsebesség-szabályozók kapcsolódnak ( alloszterikus enzimek).

Az enzimatikus katalízis reakciókat a következők jellemzik: 1) nagy hatékonyság, 2) szigorú szelektivitás és hatásirány, 3) szubsztrátspecifitás, 4) finom és precíz szabályozás. Az enzimatikus katalízis reakciók szubsztrát- és reakcióspecifitását E. Fischer (1890) és D. Koshland (1959) hipotézise magyarázza.

E. Fisher ("kulcszár" hipotézis) azt javasolta, hogy az enzim aktív centrumának és a szubsztrátnak a térbeli konfigurációinak pontosan meg kell felelniük egymásnak. A szubsztrátot egy "kulcshoz", az enzimet egy "zárhoz" hasonlítják.

D. Koshland ("kéz-kesztyű" hipotézis) azt javasolta, hogy a szubsztrát szerkezetének és az enzim aktív centrumának térbeli megfeleltetése csak az egymással való kölcsönhatás pillanatában jön létre. Ezt a hipotézist más néven az indukált megfelelési hipotézis.

Az enzimreakciók sebessége függ: 1) hőmérséklettől, 2) enzimkoncentrációtól, 3) szubsztrátkoncentrációtól, 4) pH-tól. Hangsúlyozni kell, hogy mivel az enzimek fehérjék, aktivitásuk fiziológiailag normális körülmények között a legmagasabb.

A legtöbb enzim csak 0 és 40 °C közötti hőmérsékleten tud működni. Ezeken a határokon belül a reakciósebesség körülbelül 2-szeresére nő a hőmérséklet növekedésével minden 10 ° C-on. 40 °C feletti hőmérsékleten a fehérje denaturálódik, és az enzimaktivitás csökken. Fagyponthoz közeli hőmérsékleten az enzimek inaktiválódnak.

A szubsztrát mennyiségének növekedésével az enzimatikus reakció sebessége addig növekszik, amíg a szubsztrát molekulák száma egyenlővé nem válik az enzimmolekulák számával. A szubsztrát mennyiségének további növelésével a sebesség nem növekszik, mivel az enzim aktív központjai telítettek. Az enzim koncentrációjának növekedése a katalitikus aktivitás növekedéséhez vezet, mivel egységnyi idő alatt nagyobb számú szubsztrát molekula átalakul.

Minden enzimhez van egy optimális pH-érték, amelynél maximális aktivitást mutat (pepszin - 2,0, nyálamiláz - 6,8, hasnyálmirigy-lipáz - 9,0). Magasabb vagy alacsonyabb pH-értékeknél az enzim aktivitása csökken. A pH éles eltolódása esetén az enzim denaturálódik.

Az alloszterikus enzimek működési sebességét az alloszterikus központokhoz kapcsolódó anyagok szabályozzák. Ha ezek az anyagok felgyorsítják a reakciót, akkor ún aktivátorok ha lelassulnak - inhibitorok.

Az enzimek osztályozása

A katalizált kémiai átalakulások típusa szerint az enzimek 6 osztályba sorolhatók:

1. oxireduktáz(hidrogénatomok, oxigén vagy elektronok átvitele egyik anyagból a másikba - dehidrogenáz),
2. transzferázok(metil-, acil-, foszfát- vagy aminocsoport átvitele egyik anyagból a másikba – transzamináz),
3. hidrolázok(hidrolízis reakciók, amelyek során két termék képződik a szubsztrátból - amiláz, lipáz),
4. lyázok(nem hidrolitikus kötődés a szubsztráthoz, vagy atomcsoport eltávolítása onnan, miközben a C-C, C-N, C-O, C-S kötések - dekarboxiláz megszakadhat),
5. izomeráz(intramolekuláris átrendeződés - izomeráz),
6. ligázok(két molekula összekapcsolódása C-C, C-N, C-O, C-S kötések kialakulásának eredményeként - szintetáz).

Az osztályokat alosztályokra és alosztályokra osztják fel. A jelenlegi nemzetközi osztályozásban minden enzimnek van egy sajátos titkosítása, amely négy, pontokkal elválasztott számból áll. Az első szám az osztály, a második az alosztály, a harmadik az alosztály, a negyedik az enzim sorszáma ebben az alosztályban, például az argináz titkosítás 3.5.3.1.

Menj előadások 2. szám"A szénhidrátok és lipidek szerkezete és funkciója"

Menj előadások 4. sz"Az ATP nukleinsavak szerkezete és funkciója"