МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Лекция 8 Классификация белков. простые и сложные белки
высокое сродство гемоглобина F к кислороду подтверждается также тем, что он связывает 2,3-дифосфоглицерат менее прочно, чем гемоглобин А.
Существует много генетических вариаций человеческого гемоглобина. Наиболее известная из них найдена при «серповидно-клеточной анемии» – мутации одного гена, которая в гомозиготном состоянии вызывает деформацию эритроцитов с образованием клеток, имеющих форму серпа. Гемоглобин S серповидных клеток отличается от нормального гемоглобина одним аминокислотным остатком в β-цепях. В нем происходит замена полярной глутаминовой кислоты на неполярную аминокислоту валин, что приводит к очень сильному снижению растворимости дезоксигемоглобина S, хотя растворимость оксигемоглобина при этом остается нормальной. Дезоксигемоглобин S образует волокнистый осадок, который вызывает деформацию и разрушение эритроцитов и, как следствие, – хроническую гемолитическую анемию.
В настоящее время известны более 100 мутантных гемоглобинов. Некоторые из замен являются безвредными «поверхностными» заменами, тогда как другие, затрагивающие кислородсвязывающие участки, третичную структуру или взаимодействия субъединиц в четвертичной структуре (что сказывается на аллостерических эффектах), могут очень сильно влиять на связывание кислорода.
Миоглобин
Второй важный белок (миоглобин), транспортирующий кислород и углекислый газ находится непосредственно в клетках. Миоглобин – небольшой глобулярный белок (молекулярная масса 16500 Да); молекула его состоит из одной полипептидной цкпи (153 аминокислотных остатка) и одного гема (рис.8.6). Сродство к кислороду у миоглобина значительно больше, чем у гемоглобина, поэтому миоглобин может принимать кислород от гемоглобина для использования или сохранения его в мышечных клетках. Подобно гемоглобину он образует оксимиоглобин, карбокси- и метмиоглобин.
Рис.8.6. Миоглобин
Цитохромыэлектронтранспортнойцепи
Цитохромы представляют собой группу небольших гeмопротеинов, у которых в отличие от гемоглобина и миоглобина, атом железа, входящий в
Биохимия и молекулярная биология. Конспект лекций |
-78- |
МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Лекция 8 Классификация белков. простые и сложные белки
состав их гема, легко подвергается обратимому окислению и восстановлению. Это свойство придает им чрезвычайно важное биологическое значение при переносе электронов. Цитохромы содержатся во всех животных, растениях и аэробных микроорганизмах. На основании природы простетической группы и способа ее связи с белками цитохромы можно разделить на четыре главные группы: а, b, с и d.
Хлорофиллы
Хлорофиллы, связанные с белками (от гр. Chloros зелёноватый + phyllon лист), зелёные пигменты растений. Основу молекулы хлорофилла составляет магний-порфириновый комплекс, окружённый заместителями
– фитолом, придающим молекуле хлорофилла способность встраиваться в липидный слой мембраны клетки. Существует несколько типов хлорофиллов, отличающихся системой сопряжённых связей и заместителями. Высшие растения и водоросли в качестве основного пигмента содержат хлорофилл a, в качестве сопровождающих дополнительных хлорофилл b (высшие растения и зелёные водоросли), хлорофилл c (бурые и диатомовые водоросли), хлорофилл d (красные водоросли).
Флавопротеины
Флавопротеины содержат прочно связанные с белком простетические группы, представленные изоаллоксазиновыми производными – окисленными флавинмононуклеотидами (FMN) и флавинадениндинуклеотидами (FAD). Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз. Некоторые флавопротеины содержат ионы металлов. Представителями флавопротеинов, содержащими также негемовое железо, являются ксантиноксидаза, сукцинатдегидрогеназа.
Лекция9 Сложныебелки
Гликопротеины
Гликопротеины составляют большую группу сложных белков, содержащих в качестве простетической части углеводы и/или их производные, ко- валентно-связанные с белком. При гидролизе гликопротеинов в углеводном компоненте обнаруживаются такие моносахариды, как D-галактоза, D- манноза, D-глюкоза, N-ацетилгалактозамин, N-ацетилглюкозамин и др.
Небольшие олигосахаридные группы могут присоединяться к белкам через O-гликозидную связь к гидроксилам остатков серина и треонина
(рис. 9.1).
Биохимия и молекулярная биология. Конспект лекций |
-79- |
МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Лекция 9 Сложные белки
Рис. 9.1. О-гликозидная связь в гликопротеинах
В ряде белков встречаются N-гликозидные связи с амидными группами
Asn, реже Gln или NH2 группами Lys и Arg (рис.9.2).
Рис. 9.2. N-гликозидная связь в гликопротеинах
По соотношению белковой и углеводной частей гликопротеины подразделяются на нейтральные и кислые. В нейтральных гликопротеинах углеводная часть может составлять от 3% до 15%, а у некоторых гликопротеинов 40%. К нейтральным гликопротеинам относятся яичный белок (овальбумин), гликопротеины плазмы крови (трансферрин, церуллоплазмин), белок щитовидной железы (тиреоглобулин).
В состав кислых гликопротеинов помимо амино и моносахаров входит уроновая кислота, которая имеет большое биологическое значение, принимая участие в обезвреживании билирубина и ряда ксенобиотиков, в том числе лекарственных средств. Важнейшими кислыми гликопротеинами являются гликопротеины, содержащие в составе гиалуроновые кислоты. Повторяющейся структурной единицей гиалуроновой кислоты служит дисахарид, состоящий из ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты, соединенных β(1→3)-глюкозидной связью:
Биохимия и молекулярная биология. Конспект лекций |
-80- |
МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Лекция 9 Сложные белки
Отдельные дисахаридные остатки соединяются в цепь β(1→4)- глюкозидными связями. В глюкуроновой кислоте карбоксильная группа находится в ионизированном состоянии, поэтому гиалуроновая кислота является чрезвычайно гидрофильным соединением, удерживающим большое количество воды. Её растворы обладают высокой вязкостью.
Важным углеводным компонентом гликопротеинов является также хондроитинсерная кислота или хондроитинсульфат-полимер, состоящий из ацетилгалактозамина, этерифицированного серной кислотой и глюкуроновой кислоты. Ацетилгалактозамин и глюкуроновая кислота соединяются между собой β(1→3) глюкозидной связью:
хондроитин -4-сульфат
Хондроитинсульфаты составляют целые семейства (А, В, С), содержащиеся в качестве компонентов соединительной ткани. Их структуры различаются по положению сульфатных остатков, соотношению глюкуроновой кислоты, N-ацетил-D-галактозамина и сульфата. В хрящевой ткани хондроитинсульфаты связываются с особым белком в виде хондромукоида; в костной ткани образуют осцемукоид. Хондроитинсульфаты относятся к мукополисахаридам с молекулярной массой в пределах от 50 до 100 кДа.
Муцины – мукополисахариды, полужидкие слизеобразные вещества, вырабатываемые пищеварительными железами, которые в комплексе с особыми белками играют важную роль в предохранении стенок пищеварительного тракта от механических, химических повреждений и самопереваривания. В состав мукоитинсульфата входит дисахаридный остаток, построенный
Биохимия и молекулярная биология. Конспект лекций |
-81- |
МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Лекция 9 Сложные белки
из маннозамина и глюкуроновой кислоты, причем маннозамин этерифицирован двумя, тремя остатками серной кислоты.
Из природных источников животного и растительного происхождения выделены различные гликопротеины, выполняющие разнообразные функции: защитные (антитела, иммуноглобулины); регуляторные (фолликулстимулирующий, соматотропный гормоны); транспортные (трансферрин, церуллоплазмин, тиреоглобулин); гомеостатические (гепарин); структурные (гликофорин, муреин); образуюшие рецепторы и др.
Особую группу гликопротеинов составляют протеогликаны, в составе которых углеводный компонент преобладает и на его долю приходится от 80% и выше. Более того, эти вещества по своим свойствам более сходны с полисахаридами, чем с белками. Все они содержат глюкозамины или галактозамины.
В межклеточном матриксе содержатся крупные протеогликаны – агрекан и версикан. Кроме них в межклеточном веществе имеется целый набор так называемых малых протеогликанов. Агрекан – основной протеогликан хрящевого матрикса, составляющего 10% исходной ткани и 25% сухого хрящевого матрикса. Это очень крупная молекула, в которой к одной полипептидной цепи присоединены до 100 цепей хондроитинсульфатов и около 30 цепей кератинсульфатов. По форме молекула агрекана напоминает «ершик для мытья бутылок». В хрящевой ткани молекулы агрекана собираются в агрегаты с гиалуроновой кислотой и небольшим связывающим белком.
Оба компонента присоединяются к агрекану нековалентными связями в области определенного домена, взаимодействующего примерно с пятью дисахаридными единицами гиалуроновой кислоты. Далее этот комплекс стабилизируется связывающим белком.
Малые протеогликаны – протеогликаны с низкой молекулярной массой. Они содержатся в хрящях, сухожилиях, связках, менисках, коже и других видах соединительной ткани, имеют небольшой коровый белок, к которому присоединены одна или более цепи глизоамингликанов. Наиболее изучены декорин, бигликан, фибромодулин, люмикан, перликан. Коровые белки бигликана и декорина похожи по размерам и структуре. Они имеют несколько тандемных повторов, богатых лейцином, которые образуют α-спирали и β- структуры. На N- и C-концах этих белков расположены домены, содержащие
S-S-связи.
Малые протеогликаны являются мультифункциональными макромолекулами. Они могут связываться с другими компонентами соединительной ткани и оказывать влияние на их строение и функции. Например, декорин и фибромодулин присоединяются к фибриллам коллагена второго типа и ограничивают их диаметр, препятствуя образованию толстых фибрилл. Присоединение декорина и бигликана к фибронектину подавляет клеточную адгезию, а присоединение фактора роста опухолей β снижает его митогенную активность. Малые протеогликаны играют важную роль в развитии и регенерации соединительной ткани.
Биохимия и молекулярная биология. Конспект лекций |
-82- |