4. Классификация белков, химия простых белков, природные пептиды

Классификация белков

В соответствии с выполняемыми функциями выделяют 12 глав­ных классов белков:

1. каталитически активные белки (ферменты);

2. белки — ингибиторы ферментов;

3. белки — регуляторы активности генома;

4. защитные белки: белки иммунной и свертывающей системы;

5. токсические белки;

6. транспортные белки;

7. мембранные белки;

8. сократительные белки;

9. рецепторные белки;

10. белки-гормоны;

11. белки — оболочки вирусов;

12. белки с другими функциями.

В зависимости от особенностей вторичной и третичной структуры выделяют:

1. α-белки (содержат не менее 60% α-спирали);

2. β-белки (содержат только β-структуры);

3. α + β-белки (содержат оба типа структуры в пределах од­ной полипептидной цепи);

4. α / β-белки (содержат множество структур обоих видов,

чередующихся в пределах одной полипептидной цепи).В зависимости от химического состава белки подразделя­ются на:

1. простые белки (построены только из остатков аминокис­лот) — протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и др.;

2. сложные белки (состоят из белка и небелкового компо­нента — простетической группы) — фосфо-, хромо-, нуклео-, глико-, липо- и металлопротеины.

Химия простых белков.

1. Протамины и гистоны. Данная группа белков отличается рядом характерных физико-химических свойств, своеобразием аминокислотного состава и представлена в основном белками с небольшой молекулярной массой. Протамины обладают выраженными основными свойствами, обусловленными наличием в их составе от 60 до 85% аргинина. Так, сальмин, выделенный из молок семги, состоит на 85% из аргинина. Высоким содержанием аргинина отличается другой хорошо изученный белок — клу-пеин, выделенный из молок сельди: из 30 аминокислот в нем на долю аргинина приходится 21 остаток. Расшифрована первичная структура клу-пеина. Протамины хорошо растворимы в воде, изоэлектрическая точка их водных растворов находится в щелочной среде. По современным представлениям, протамины скорее всего являются пептидами, а не белками, поскольку их молекулярная масса не превышает 5000. Они составляют белковый компонент в структуре ряда сложных белков.

Гистоны также являются белками основного характера. В их состав входят лизин и аргинин, содержание которых, однако, не превышает 20—30%. Молекулярная масса гистонов намного больше нижнего предела молекулярной массы белков. Эти белки сосредоточены в основном в ядрах клеток в составе дезоксирибонуклеопротеинов и играют важную роль в регуляции экспрессии генов

Проламины и глютелины. Это белки растительного происхождения, отличаются своеобразием аминокислотного состава и физико-химических свойств. Они содержатся в основном в семенах злаков (пшеница, рожь, ячмень и др.), составляя основную массу клейковины. Характерной особенностью проламинов является растворимость в 60—80% водном растворе этанола, в то время как все остальные простые белки в этих условиях обычно выпадают в осадок. Наиболее изучены оризенин (из риса), глюте-нин и глиадин (из пшеницы), зеин (из кукурузы), гордеин (из ячменя) и др. Установлено, что проламины содержат 20—25% глутаминовой кислоты и 10—15% пролина.

Альбумины и глобулины. Эти белки относятся к белкам, широко распространенным в органах и тканях животных. Наиболее богаты ими белки сыворотки крови, молока, яичный белок, мышцы и др. В плазме крови человека в норме содержится около 7% белков, представленных преимущественно альбуминами и глобулинами. Альбумины и глобулины—это глобулярные белки, различающиеся по растворимости (табл. 1.6).

Необходимо отметить, что само определение «альбумины» и «глобулины» основано на их растворимости в дистиллированной воде и полунасыщенном растворе (NH₄)₂SO₄. Однако, как показывают данные табл. 1.6, глобулины растворимы только в разбавленных солевых растворах.

В настоящее время качественный состав и содержание сывороточных белков определяют с помощью электрофореза на бумаге и в полиакрил-амидном геле в небольшом количестве сыворотки крови.. Альбумины и глобулины отличаются друг от друга также по молекулярной массе — соответственно 40000—70000 и 150000 и более.

Из сыворотки крови не только выделен альбумин в чистом виде, но и определена первичная структура его единственной полипептидной цепи (575 аминокислотных остатков). Альбумин имеет относительно низкую изоэлектрическую точку (4,7) и высокий отрицательный заряд при рН 8,6, благодаря чему он мигрирует с большой скоростью в электрическом поле к аноду. Принято считать, что примерно 75—80% осмотического давления белков сыворотки крови приходится на альбумины; кроме того, основной функцией их считают транспорт жирных кислот. Однако точная функция альбуминов не совсем ясна. Известны случаи, когда у некоторых людей в крови фактически отсутствуют альбумины (врожденная аномалия), но они практически здоровы.

Глобулины, представленные а1-фракцией, содержатся в крови в комплексе с билирубином и с липопротеинами высокой плотности. Глобулины, мигрирующие при электрофорезе в виде а2-фракции, содержат глобулин и неизвестный гликопротеин. в-Глобулины включают ряд важных в функциональном отношении белков, в частности трансферрин—белок, ответственный за транспорт железа. С этой же фракцией связан церулоплазмин — белок, транспортирующий ионы меди. Отсутствие этого белка приводит к развитию гепатоцеребральной дистрофии, при которой наблюдается отравление организма ионами свободной меди. В основе болезни лежит врожденный дефицит синтеза церулоплазмина. Наконец, во фракции в-глобулинов содержится протромбин, являющийся предшественником тромбина — белка, ответственного за превращение фибриногена крови в фибрин при свертывании крови.

Фракция у-глобулинов является наиболее гетерогенной. Известно множество антител, различающихся первичной структурой. Электрофоретиче-ски они открываются главным образом в у-глобулиновой и частично в в2-глобулиновой фракциях. Структура и функция у-глобулинов более подробно рассмотрены далее (см. главу 2,

Природные низкомолекулярные пептиды — встречающиеся в организме в свобод­ном состоянии низкомолекулярные пептиды делятся на четыре группы:

1. пептиды, обладающие гормональной активностью (кортикотропин, вазопрессин, окситоцин, глюкагон, кальцитонин, меланотропин, рилизиног-факторы гипоталамуса и др.);

2. пептиды, принимающие участие в процессе пищеварения (гастрин и секретин);

3. пептиды α₂-глобулиновой фракции сыворотки крови (ангиотензин, брадикинин и каллидин);

4. нейропептиды.

Активные пептиды образуются из неактивных предшествен­ников в результате посттрансляционной модификации.

Природные пептиды высокоактивны, но нестабильны и быстро распадаются при физиологических pH среды.