При денатурации пространственная структура белковой молекулы и биологическая активность белка. Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры Какая структура определяет биологическую активность белка
Белки, такие как коллаген, кератин, эластин, используют в косметологии давно. А вот пептиды начали применять сравнительно недавно. И, подобно тому как восходящая звезда часто затмевает стареющую примадонну, пептиды грозят полностью затмить белки на косметической сцене. Что это, всего лишь эффект новизны или пептиды действительно предлагают что-то новое по сравнению с белками? Давайте сравним.
Размер имеет значение
Основной проблемой белков при нанесении на кожу в составе косметических средств или фармацевтических препаратов является большой размер молекул, что исключает проникновение этих молекул через роговой слой. Даже в белковых гидролизатах, которые обычно используют в косметике, остаются слишком большие фрагменты, чтобы можно было говорить об их эффективном проникновении в кожу. Крупные белковые полимеры на поверхности кожи формируют пленку, которая при достаточной влажности воздуха увлажняет и смягчает роговой слой или, наоборот, может оказать лифтинговый эффект и вызвать чувство стянутости, если на улице очень сухо, ветрено или морозно. Ho такой эффект характерен в большей степени для линейных полипептидов.
Многие пептиды, которые на порядки меньше белков, уже способны пройти через роговой слой и достичь слоя живых клеток. Конечно, через неповрежденную кожу даже пептидам проникнуть сложно, но на здоровой коже всегда имеются микротрещины, потертости, участки с нарушенным барьером и т.д. Кроме того, проницаемость кожи можно повысить - сделать пилинг, создать состояние гипергидратации или применить энхансеры проницаемости.
В косметологии есть особая категория препаратов - энзимные (ферментативные) пилинги, в которых белковая фракция представлена про-теолитическими ферментами. В данном случае как раз и не нужно, чтобы белок-фермент проходил через роговой слой. Об этих препаратах мы поговорим отдельно.
Стабильность в готовом продукте
Как уже было сказано выше, все большие белки имеют сложную трехмерную структуру, которая определяет их биологические свойства. Поэтому белки утрачивают свою функциональность, как только их структура дезорганизуется, что часто и происходит в косметической рецептуре.
Структура небольших пептидов отличается более высокой стабильностью в большинстве косметических композиций.
Видоспецифичность
Белки видоспецифичны, поэтому коллаген, скажем, рыб или птиц не будет «работать» в организме человека до тех пор, пока его не разберут на отдельные аминокислоты и не построят из них «правильный» коллаген.
А вот малые пептиды, как правило, универсальны, и в этой связи сигнальные молекулы животных и даже растений могут влиять и на клетки человека. Объясняют это тем, что система клеточной регуляции так же, как и базовые механизмы защиты, формировалась на самых ранних этапах эволюции живых существ и впоследствии уже мало изменялась. Это позволяет взять пептид, выделенный, скажем, из сои, и использовать его для стимуляции обновления клеток кожи. Все эти свойства ставят пептиды в разряд самых перспективных и интересных косметических ингредиентов сегодняшнего, а скорее всего, и завтрашнего дня.
Тема: «ХИМИЯ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ»
Выберите один или несколько правильных ответов или дополните фразу
1. Белками называются полимеры, состоящие из _____________, ________связями.
2. Какие из перечисленных соединений относятся к белкам:
1. коллаген
2. миоглобин
3. инсулин
4. глутатион
5. вазопрессин
3. Какие из перечисленных белков относятся к защитным?
1.трансферрин
2.иммуноглобулин
3. протромбин
4.фибриноген
5.инсулин
4. Какие из перечисленных белков относятся к транспортным:
1. альбумин
2. церулоплазмин
3. транскортин (глобулин, связывающий кортикостероиды)
4. гемоглобин
5. иммуноглобулин
5. К структурным белкам организма человека относят:
1.трансферрин
2. коллаген
3. инсулин
4. эластин
6. К сократительным белкам организма человека относятся:
2. кератин
3.гемоглобин
5. протромбин
7. К регуляторным белкам организма человека относят:
1.церулоплазмин
2.инсулин
3.цитокины
4.гемоглобин
5.фибриноген
8.Под первичной структурой белка понимают ____________ в молекуле белка.
9. Под вторичной структурой белка понимают пространственное расположение _________.
10.Ассоциация нескольких полипептидных цепей с образованием функционально активной молекулы белка называется _____ и _____ структурами.
11 .Какие разновидности вторичной структуры встречаются в белках?
1.α-спираль
2.β-складчатая структура
3. аморфный клубок
4. коллагеновая спираль
5. β -спираль
12.В формировании вторичной структуры белка участвуют __________.
13.В формировании третичной структуры белков принимают участие:___ ,___ ,___, ___.
14.В формировании четвертичной структуры белка участвуют: ___, ___ и ___ между радикалами полярных незаряженных аминокислот.
15.Какие из перечисленных белков не имеют четвертичной структуры?
1.гемоглобин
2.миоглобин
3.каталаза
4.инсулин
5.лактатдегидрогеназа
16.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот в нейтральной среде могут возникнуть водородные связи?
1.глутамата и серина
2. серина и аланина
3.глутамата и лизина
4. аспарагина и тирозина
5. треонина и цистеина
17.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот в нейтральной среде могут возникнуть ионные связи?
1.аспарагин и лизин
2.аспартат и аргинин
3.глутамат и фенилаланин
4.глутамат и лизин
5. фенилаланин и аланин
18.Между радикалами, каких из перечисленных пар аминокислот могут возникнуть дисульфидные связи?
1.серин и серин
2.цистеин и серин
3.цистеин и цистеин
4.цистеин и метионин
5.метионин и метионин
19.Какие типы связей могут возникнуть между радикалами аминокислот глутамата и тирозина?
1.псевдопептидные
3. водородные
4. гидрофобные
5. дисульфидные
20.Какие типы связей могут образоваться между радикалами аминокислот лейцина и валина?
1.дисульфидные
3.гидрофобные
4.пептидные
5.водородные
21. Денатурацией называется процесс _____ распада белка и утрата молекулой белка ______.
При денатурации пространственная структура белковой молекулы ___ и биологическая активность белка ___.
23.Сворачивание молекулы белка с образованием нативной молекулы после действия денатурирующих агентов называется:
1. денатурацией
2. ренативацией
3. ионизацией
4. экстракцией
5. рефолдингом
24.Необратимое осаждение белков из растворов вызывается действием:
1. концентрированной
2. растворов солей тяжелых металлов
3. растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов
5.трихлоруксусной кислоты
25.Какие из перечисленных реакций осаждения белка относятся к обратимым?
1.осаждение танином
2.осаждение ацетоном при низкой температуре
3.осаждение сульфосалициловой кислотой
4.осаждение сернокислой медью
5.осаждение сернокислым аммонием
26.С помощью, каких качественных реакций можно обнаружить белок в моче?
2.Хеллера
3.с сульфосалициловой кислотой
4.биуретовой
5. Адамкевича
27.Растворимость белка в воде определяется:
1.величиной заряда
2.рН среды
3.наличием гидратной оболочки
4.наличием небелкового компонента
5.формой белковой молекулы
28.Осаждение белка из растворов происходит под действием:
1. дегидратирующих факторов
2.факторов, способствующих повышению заряда белковой молекулы;
3.денатурирующих факторов
4.факторов, способствующих нейтрализации заряда белковой молекулы
5.факторов, повышающих коллоидную устойчивость белков
29.Для выделения белков из растворов методом высаливания используют высококонцентрированные растворы:
30.Для экстракции белков из гомогенатов тканей используются:
1.5% раствор
3.5% раствор
4.насыщенный раствор
31 .Изоэлектрической точкой белка называется значение рН среды, при котором заряд белковой молекулы ___ и значение рН среды, при котором в молекуле белка количество ___равно количеству ____ групп.
32.Заряд белковой молекулы зависит от:
1.наличия гидрофобных аминокислот
2.рН среды
3.наличия способных к диссоциации групп (амино-, карбокси- гуанидиновых, имидазольных) в радикалах аминокислот
4.наличия α-амино- и α-карбоксигрупп в главной цепи молекулы
5.присутствия электролитов
33.Для растворов белков характерны следующие физико-химические свойства:
1.высокая вязкость
2.опалесценция
3.высокая скорость диффузии
4.неспособность проникать через полупроницаемую мембрану
5.способность проникать через полупроницаемую мембрану
34.Диализ представляет собой метод очистки белков от ______ , основанный на ___ проходить через полупроницаемую мембрану.
35.Для разделения белковых смесей на индивидуальные компоненты используются следующие физико-химические методы:
1 распределительная хроматография
2.гель-хроматография
3.электрофорез
5.ионообменная хроматография
36.Какие из перечисленных методов используются для разделения белков, имеющих различные значения изоэлектрической точки?
1.гель-фильтрация
2.ионообменная хроматография
3.электрофорез
4.аффинная хроматография
5.распределительная хроматография
37.Какие из аминокислот преобладают в белке с изоэлектрической точкой 6,9?
1.глутаминовая кислота
2.аргинин
4.аспарагиновая кислота
Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных)
Биология и генетика
Видовая специфичность первичной структуры белков инсулины разных животных. Стабильность первичной структуры обеспечивается в основном главновалентными пептидными связями; возможно участие небольшого числа дисульфидных связей. В некоторых ферментах обладающих близкими каталитическими свойствами встречаются идентичные пептидные структуры содержащие неизменные инвариантные участки и вариабельные последовательности аминокислот особенно в областях их активных центров.
Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных).
Анализ данных о первичной структуре белков позволяет сделать следующие общие выводы.
1. Первичная структура белков уникальна и детерминирована генетически. Каждый индивидуальный гомогенный белок характеризуется уникальной последовательностью аминокислот: частота замены аминокислот приводит не только к структурным перестройкам, но и к изменениям физико-химических свойств и биологических функций.
2. Стабильность первичной структуры обеспечивается в основном главновалентными пептидными связями; возможно участие небольшого числа дисульфидных связей.
3. В полипептидной цепи могут быть обнаружены разнообразные комбинации аминокислот; в полипептидах относительно редки повторяющиеся последовательности.
4. В некоторых ферментах, обладающих близкими каталитическими свойствами, встречаются идентичные пептидные структуры, содержащие неизменные (инвариантные) участки и вариабельные последовательности аминокислот, особенно в областях их активных центров. Этот принцип структурного подобия наиболее типичен для ряда протеолитических ферментов: трипсина, химотрипсина и др.
5. В первичной структуре полипептидной цепи детерминированы вторичная, третичная и четвертичная структуры белковой молекулы, определяющие ее общую пространственную конформацию.
Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать |
||
57782. | Похідна та її застосування | 76 KB |
Мета проекту: показати широке застосування похідної; довести що похідна засіб дослідження процесів дійсності і сучасного виробництва; розвивати вміння досліджувати систематизувати вивчені факти… | ||
57783. | Применение производной к исследованию функции | 1.89 MB |
Цели урока: сформировать навыки исследования и построения графиков функции с помощью производной. Учитель записывает на доске а ученики в тетради: Применение производной при исследовании функции. | ||
57784. | Похідна та її застосування | 89 KB |
Мета: Узагальнення та систематизація знань, вмінь та навичок учнів з теми; формування вмінь працювати самостійно, спілкуватись, допомагати іншим, аналізувати ситуацію; розвиток загально навчальних навичок, творчого… | ||
57785. | Застосування похідної в різних галузях науки | 1.1 MB |
Мета: Навчальна: дати учням всебічні поглиблені і розширені знання про предмет вивчення його цілісну картину досягти засвоєння учнями систематичних знань про поняття похідної її геометричний та фізичний зміст. | ||
57786. | Польща в 20-х роках ХХ століття | 76.5 KB |
Мета уроку: охарактеризувати процес відновлення державної незалежності Польщі; розкрити роль Ю. Очікуванні результати: Після уроку учні зможуть: пояснювати обставини за яких відбулося відновлення Польщі… | ||
57787. | Пошук інформації в Інтернеті | 113 KB |
Мета: розглянути пошукові системи мережі Інтернет правила пошуку інформації в глобальній мережі Інтернет сформувати вміння пошуку необхідної інформації розвивати навички роботи у мережі виховувати інформаційну культуру учнів. | ||
57788. | Права ребенка, согласно с международным законодательством | 58 KB |
В представленной методической разработке предполагается закрепить знания учащихся о правах детей полученных на уроках правоведения из СМИ; сформировать правовую позицию по проблеме прав ребенка… | ||
57789. | Правопис не з іменниками | 52 KB |
Мета уроку: з’ясувати правила написання не з іменниками; виробляти вміння застосовувати правила на практиці, спираючись на смисловий аналіз слів; відпрацьовувати вміння робити синтаксичний та морфологічний розбори іменників… | ||
57790. | Арифметическая прогрессия | 384 KB |
Развивающие цели: развитие исследовательских навыков учащихся, умений анализировать полученные данные и делать выводы; развитие умений осуществлять самопроверку и взаимопроверку, работу в группах… |
Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных)
Первичная структура белка — линейная последовательность аминокис-лотных остатков в полипептидной цепи.
Информация о первичной структуре каждого белка закодирована в ДНК.
Аминокислотная последовательность белков определяет его пространст-венную структуру (конформацию) и специфическую биологическую функцию.
В организме человека более 50000 белков, каждый из них имеет уникаль-ную для данного белка первичную структуру.
Все молекулы индивидуального белка имеют одинаковое чередование аминокислотных остатков, отличающий данный белок от любого другого белка. Замена даже одной аминокислоты часто приводит к утрате биологической активности белка.
В гемоглобине замена глутамата (глутаминовой кислоты) в положении 6 бэта-цепи на валин вызывает серпо-видно-клеточную анемию.
Семейства белков.
Белки, имеющие гомологичные участки полипептидной цепи, сходную пространственную структуру (конформацию) и выполняющие в пределах одно-го вида одинаковые функции, образуют семейство белков.
Как правило, они возникают в ходе эволюции в пределах одного биологи-ческого вида путем замены одних аминокислот на другие, близкие им по физи-ко-химическим свойствам.
Примерами белковых семейств являются: семейство миоглобина, куда включены кроме самого миоглобина, и все виды гемоглобина; семейство имму-ноглобулинов, семейство Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов, се-мейство белков главного комплекса гистосовместимости, семейство сериновых протеаз, отличительная особенность которых заключается в обязательном при-сутствии в активном центре аминокислоты — серина.
Основной белок плазмы крови — альбумин образует семейство с альфа-фетопротеином, одним из белков фетально-плацентарного комплекса, с которым он имеет 70% гомологию пер-вичной структуры.
Белки, выполняющие у разных видов одинаковые функции, называют-ся гомологичными.
Их существование подтверждает общее эволюционное происхождение видов. Они характеризуются:
— одинаковой или незначительно отличающейся массой;
— различия в аминокислотном составе не затрагивают активного центра или участков, отвечающих за формирование конформации;
Инсулин разных организмов — основной регулятор углеводного обмена у животных и человека, имеет значительное сходство первичной структуры.
Бы-чий инсулин отличается от инсулина человека по трем аминокислотным остат-кам, а инсулин свиньи отличается только на одну аминокислоту.
Конформацпя пептидных цепей в белках (вторичная и третичная структуры).
Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи, дисульфидные связи. Доменная структура и ее роль в функционировании белков.
Конформация пептидных цепей в белках (вторичная и третичная структу-ры)
Конформацией белковых цепей называется определенная пространствен-ная структура, образованная за счет внутримолекулярных взаимодействий.
Два основных типа конформации белков — вторичная и третичная структуры. Вторичная структура белков — пространственная структура полипептидной цепи, обусловленная водородными связями, образованными функциональными группами пептидного остова.
Во вторичной структуре белков присутствуют участки с регулярной и нерегулярной структурой. Участки с регулярной струк-турой представлены стабильными структурами двух типов: альфа-спиральными и бэта-складчадчатыми:
альфа-спиральные структуры — наиболее распространенный элемент вторич-ной структуры белков.
Пептидная цепь образует спираль, на каждый виток ко-торой приходится 3,6 аминокислотных остатка. В спиральных участках водо-родные связи возникают между >С=0 и >NH группами пептидных связей через 4 аминокислотных остатка. Ориентированы эти связи вдоль оси спирали.
Боковые цепи аминокислотных остатков локализованы на периферии спи-рали и не участвуют в формировании водородных связей, стабилизирующих а-спираль. Однако радикалы некоторых аминокислот препятствуют формирова-нию альфа-спирали в случае, если рядом расположены несколько одинаково заря-женных радикалов, (возникает электростатическое отталкивание) или близко расположены объемные радикалы, например триптофан и метионин (механиче-ское нарушение альфа-спирали).
Пролин, в котором отсутствует атом водорода у атома азота, образующего пептидную связь, не может формировать водородную связь с соответствующей карбоксильной группой, и альфа-спираль нарушается. В участке, где находится пролин, полипептидная цепь образует петлю или изгиб.
Бэта-складчатые структуры стабилизированы множеством водородных свя-зей между атомами пептидных групп линейных участков одной полипептидной цепи (внутрицепочечные связи) или разных полипептидных цепей (межцепо-чечные связи).
Водородные связи расположены перпендикулярно полипептид-ной цепи. Если цепи ориентированы в одном направлении, образуется парал-лельный Р-складчатый слой, а если цепи ориентированы в противоположных направлениях, то — антипараллельный бэта-складчатый слой. Радикалы аминокис-лотных остатков ориентированы почти перпендикулярно плоскости бэта-слоя.
Кроме регулярных структур, в белках существуют области с нерегулярной вторичной структурой, называемые беспорядочными клубками (этим терми-ном часто называют и денатурированный белок).
Они не имеют регулярной пространственной укладки, как у альфа-спирали и бэта-складчатой структуры, хотя об-разуют характерную для каждого белка конформацию, состоящую из петлеоб-разных и кольцеобразных структур. В молекуле белка, состоящего из ряда спи-ральных и складчатых участков, обязательно встречаются участки с нерегуляр-ной структурой. Они включают в себя от 3 до 10-15 аминокислотных остатков. Значение этих участков состоит в компактизации белковой молекулы. Обнару-жено, что участки поворота р-складчатой структуры включают в себя конфигу-рации аминокислот Пролин-Глицин-Пролин.
Третичная структура белка — это трехмерная конформация белка, образую-щаяся в результате взаимодействия между радикалами аминокислот, которые могут находиться в пептидной цепи на любом расстоянии друг от друга.
Функ-ционально активную конформацию называют нативной структурой белка.
Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи. В образовании третичной структуры участвуют:
— гидрофобные взаимодействия, т.е. слабые взаимодействия между непо-лярными радикалами, которые приводят к тому, что гидрофобные радикалы аминокислот оказываются внутри глобулярной структуры белка, образовав гид-рофобное ядро,
— ионные и водородные связи между гидрофильными группами радикалов аминокислот, оказавшихся внутри гидрофобного ядра.
Ионные и водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия относятся к числу слабых, их энер-гия не намного превышает энергию теплового движения молекул при комнат-ной температуре.
— ковалентные дисульфидные связи -S-S- между цистеиновыми остатка-ми, находящимися в разных местах полипептидной цепи.
Наличие дисульфидных связей характерно для секретируемых клеткой белков (инсулин, иммуног-лобулины).
Домены — независимые, компактно свернутые фрагменты полипептидной цепи, отвечающие за определенный биологический эффект. Они имеют само-стоятельную третичную структуру, аналогичную глобулярным белкам.
В структуре мембранного рецептора выделяют три домена:
1 — внеклеточный (состоит из спи-ральных и складчатых участков);
2 — мембранный, альфа-спиральный уча-сток состоящий из гидрофобных аминокислот (якорный участок);
3 — внутриклеточный, для взаимодей-ствия с внутриклеточным ферментом.
Особенностью доменной организации белка является относительная неза-висимость доменов, т.е.
возможность их автономного функционирования. Так, например, внеклеточный домен мембранного рецептора, будучи отделен от мембранного альфа-спирального участка, продолжает связывать молекулы гормона. Выделенный якорный участок мембранного рецептора способен спонтанно встраиваться в клеточную мембрану, а изолированный внутриклеточный домен мембранного рецептора способен взаимодействовать с внутриклеточным фер-ментом (например, аденилатциклазой).
(Так, например у гексокиназы один домен связан с глюкозой, другой с АТФ, сближение доменов способствует сближению АТФ и глюкозы и соответственно ускоряет перенос фосфатной группы)
Гексокиназа катализирует фосфорилирование глюкозы.
Активный центр находится в складке между двумя доменами. При связывании гексокиназы с глюкозой домены смыкаются, и субстрат оказывается в "ловушке", где подвер-гается фосфорилированию.
Предыдущая12345678910111213141516Следующая
КОНФИГУРАЦИЯ И КОНФОРМАЦИЯ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
Из всего сказанного можно заключить, что пространственная организация белков очень сложна.
В химии существует понятие — пространственная КОНФИГУРАЦИЯ — жестко закрепленное ковалентными связями пространственное взаимное расположение частей молекулы (например: принадлежность к L-ряду стереоизомеров или к D-ряду).
Для белков также используется понятие КОНФОРМАЦИЯ белковой молекулы — определенное, но не застывшее, не неизменное взаимное расположение частей молекулы .
Так как конформация белковой молекулы формируется при участии слабых типов связей, то она является подвижной (способной к изменениям), и белок может изменять свою структуру. В зависимости от условий внешней среды молекула может существовать в разных конформационных состояниях, которые легко переходят друг в друга. Энергетически выгодными для реальных условий являются только одно или несколько конформационных состояний, между которыми существует равновесие.
Переходы из одного конформационного состояния в другое обеспечивают функционирование белковой молекулы. Это обратимые конформационные изменения (встречаются в организме, например, при проведении нервного импульса, при переносе кислорода гемоглобином). При изменении конформации часть слабых связей разрушается, и образуются новые связи слабого типа.
ЛИГАНДЫ
Взаимодействие белка с каким-нибудь веществом иногда приводит к связыванию молекулы этого вещества молекулой белка.
Этот явление известно как «сорбция» (связывание) . Обратный же процесс — освобождение другой молекулы от белковой называется «десорбция» .
Если для какой-нибудь пары молекул процесс сорбции преобладает над десорбцией, то это уже специфическая сорбция, а вещество, которое сорбируется, называется «лиганд» .
Виды лигандов:
1) Лиганд белка-фермента – субстрат.
2) Лиганд траспортного белка – транспортируемое вещество.
3) Лиганд антитела (иммуноглобулина) – антиген.
4) Лиганд рецептора гормона или нейромедиатора – гормон или нейромедиатор.
Белок может изменять свою конформацию не только при взаимодействии с лигандом, но и в результате любого химического взаимодействия.
Примером такого взаимодействия может служить присоединение остатка фосфорной кислоты.
В природных условиях белки имеют несколько термодинамически выгодных конформационных состояний.
Это нативные состояния (природные). Natura (лат.) – природа.
НАТИВНОСТЬ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
НАТИВНОСТЬ — это уникальный комплекс физических, физико-химических, химических и биологических свойств белковой молекулы, который принадлежит ей, когда молекула белка находится в естественном, природном (нативном) состоянии.
Например: белок хрусталика глаза — кристаллин — обладает высокой прозрачностью только в нативном состоянии).
ДЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКА
Для обозначения процесса, при котором нативные свойства белка теряются, используют термин ДЕНАТУРАЦИЯ.
ДЕНАТУРАЦИЯ — это лишение белка его природных, нативных свойств, сопровождающееся разрушением четвертичной (если она была), третичной, а иногда и вторичной структуры белковой молекулы, которое возникает при разрушении дисульфидных и слабых типов связей, участвующих в образовании этих структур. Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными связями.
Разрушение первичной структуры может произойти только в результате гидролиза белковой молекулы длительным кипячением в растворе кислоты или щелочи.
ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕНАТУРАЦИЮ БЕЛКОВ
Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на физические и химические .
Физические факторы
1. Высокие температуры. Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию.
Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500С. 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
1. Концентрированные кислоты и щелочи.
Например, трихлоруксусная кислота (органическая), азотная кислота (неорганическая).
2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4).
3. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон)
4. Растительные алкалоиды.
5. Мочевина в высоких концентрациях
Другие вещества, способные нарушать слабые типы связей в молекулах белков.
Воздействие факторами денатурации применяют для стерилизации оборудования и инструментов, а также как антисептики.
Обратимость денатурации
В пробирке (in vitro) чаще всего это – необратимый процесс.
Если же денатурированный белок поместить в условия, близкие к нативным, то он может ренатурировать, но очень медленно, и такое явление характерно не для всех белков.
In vivo, в организме, возможна быстрая ренатурация. Это связано с выработкой в живом организме специфических белков, которые «узнают» структуру денатурированного белка, присоединяются к нему с помощью слабых типов связи и создают оптимальные условия для ренатурации.
Такие специфические белки известны как «белки теплового шока » или «белки стресса ».
Белки стресса
Существует несколько семейств этих белков, они отличаются по молекулярной массе.
Например, известен белок hsp 70 – heatshock protein массой 70 kDa.
Такие белки есть во всех клетках организма.
Они выполняют также функцию траспорта полипептидных цепей через биологические мембраны и участвуют в формировании третичной и четвертичной структур белковых молекул. Перечисленные функции белков стресса называются шаперонными .
При различных видах стресса происходит индукция синтеза таких белков: при перегреве организма (40-440С), при вирусных заболеваниях, отравлениях солями тяжелых металлов, этанолом и др.
В организме южных народов установлено повышенное содержание белков стресса, по сравнению с северной расой.
Молекула белка теплового шока состоит из двух компактных глобул, соединенных свободной цепью:
Разные белки теплового шока имеют общий план построения.
Разные белки с различными функциями могут содержать одинаковые домены. Например, различные кальций-связывающие белки имеют одинаковый для всех них домен, отвечающий за связывание Ca+2.
Роль доменной структуры заключается в том, что она предоставляет белку большие возможности для выполнения своей функции благодаря перемещениям одного домена по отношению к другому. Участки соединения двух доменов – самое слабое в структурном отношении место в молекуле таких белков.
Именно здесь чаще всего происходит гидролиз связей, и белок разрушается.