Денатурация белков
Природные белки имеют определенную, строго заданную пространственную конфигурацию и характерные физико-химические и биологические свойства при физиологических значениях температуры и рН среды. Под влиянием различных физических и химических факторов белки подвергаются свертыванию и выпадают в осадок, теряя нативные свойства, т.е. денатурируют. Денатурация ‒ нарушение уникальной структуры нативной молекулы белка, ее третичной структуры, приводящее к потере характерных свойств (растворимость, электрофоретическая подвижность, биологическая активность и т.д.) (рис.7.3). Большинство белков денатурирует уже при нагревании их растворов выше 50–60°С.
Рис.7.3. Денатурация белка: а) нативный белок; б) стадия обратимой денатурации; в) стадия необратимой денатурации
При денатурации происходит потеря растворимости белка, особенно в изоэлектрической точке, повышение вязкости белковых растворов, увеличение количества свободных функциональных SH-групп и изменение характера рассеивания рентгеновских лучей. Характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка разрушаются в основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры.
Денатурация белков с потерей биологической активности может происходить под действием высокой температуры, ультрафиолетового излучения, кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов. Денатурация бывает обратимой (ренатурация) и необратимой.
Лекция 8 классификация белков. Простые и сложные белки Принципы классификации белков
В основу классификации белков положена их структурная организация. Наиболее полная классификация структур белков представлена в компьютерных классификаторах«Dali/FASS», сделанных Л. Холмом и К. Сандером; в классификаторах, сделанных в группе Дж. Торнтон «CATH» (Class-Architecture-Topology—Homology) и в классификаторе «SCOP» (Structural Classification of Proteins), созданном А.Г. Мурзиным.
Классификация относится к строению доменов (компактных глобул), существующих либо сами по себе, либо в составе многодоменного белка. Она начинается со структурного класса домена (α, β и т.д.). Классы подразделяются по архитектурным типам каркаса, сложенного из α- и/или β-участков; архитектуры подразделяются по топологиям прохождения цепи через каркас, т.е. по мотивам укладки цепи.
И уже далее мотивы подразделяются на суперсемейства, где просматривается хоть какая-то гомология (след общего происхождения) последовательностей, суперсемейства – на семейства с явно проявляющейся гомологией, и т.д. вплоть до отдельных белков конкретных организмов.
Физическая классификация белковых структур (класс-архитектура-топология) дает возможность не только систематизировать уже изученные структуры, но и предсказывать будущие открытия белковых структур. Так, долгое время были известны только такие β-белки, которые сложены из антипараллельной β-структуры, а на месте β-белков, сложенных из параллельной β-структуры зияла лакуна, но потом она заполнилась.
По химическому составу все белки делят на простые, состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные могут включать ионы металла (металлопротеины) или пигмент (хромопротеины), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины), а также ковалентно связывать остаток фосфорной кислоты (фосфопротеины), углевода (гликопротеины).
Простые белки подразделяют на фибриллярные, растворимые в воде (актин, миозин) и нерастворимые (кератин, эластин, коллаген), и глобулярные (альбумины, глобулины, протамины, гистоны, проламины).