Het actieve centrum van een eiwit en zijn interactie met het ligand. Werking van eiwitten
Het actieve centrum van eiwitten is een bepaald gebied van het eiwitmolecuul, meestal gelokaliseerd in de uitsparing ervan, gevormd door aminozuurradicalen die in een bepaald ruimtelijk gebied zijn verzameld tijdens de vorming van de tertiaire structuur en die in staat zijn om complementair aan het ligand te binden. In de lineaire sequentie van een polypeptideketen kunnen de radicalen die het actieve centrum vormen zich op aanzienlijke afstand van elkaar bevinden.
De hoge specificiteit van de binding van het eiwit aan het ligand wordt verzekerd door de complementariteit van de structuur van het actieve centrum van het eiwit en de structuur van het ligand.
Complementariteit verwijst naar de ruimtelijke en chemische correspondentie van op elkaar inwerkende moleculen. Het ligand moet het vermogen hebben om de conformatie van de actieve plaats binnen te dringen en ruimtelijk samen te vallen. Deze match is misschien niet compleet, maar vanwege de conformationele labiliteit van het eiwit is de actieve plaats in staat tot kleine veranderingen en wordt deze “aangepast” aan het ligand. Bovendien moeten er tussen de functionele groepen van het ligand en de aminozuurradicalen die het actieve centrum vormen, bindingen ontstaan die het ligand in het actieve centrum houden. De bindingen tussen het ligand en het actieve centrum van het eiwit kunnen niet-covalent (ionisch, waterstof, hydrofoob) of covalent zijn.
Kenmerken van het actieve centrum
Het actieve centrum van een eiwit is een gebied dat relatief geïsoleerd is van de omgeving rondom het eiwit, gevormd door aminozuurresiduen. In dit gebied vormt elk residu, vanwege zijn individuele grootte en functionele groepen, het ‘reliëf’ van het actieve centrum.
Unieke eigenschappen Het actieve centrum hangt niet alleen af van de chemische eigenschappen van de aminozuren waaruit het bestaat, maar ook van hun exacte relatieve oriëntatie in de ruimte. Daarom zijn er zelfs kleine schendingen van de algemene conformatie van het eiwit als gevolg van puntveranderingen in de primaire structuur of omstandigheden ervan omgeving kan leiden tot veranderingen in de chemische en functionele eigenschappen van de radicalen die het actieve centrum vormen, waardoor de binding van het eiwit aan het ligand en zijn functie worden verstoord. Tijdens denaturatie wordt het actieve centrum van eiwitten vernietigd en gaat hun biologische activiteit verloren.
Vaak wordt het actieve centrum zo gevormd dat de toegang van water tot de functionele groepen van zijn radicalen beperkt is, d.w.z. Er worden omstandigheden gecreëerd voor de binding van het ligand aan aminozuurradicalen.
De eiwit-ligand-bindingsplaats bevindt zich vaak tussen domeinen. Het proteolytische enzym trypsine, dat betrokken is bij de hydrolyse van peptidebindingen van voedseleiwitten in de darm, heeft bijvoorbeeld twee domeinen gescheiden door een groef. Het binnenoppervlak van de groef wordt gevormd door aminozuurradicalen van deze domeinen, die ver uit elkaar liggen in de polypeptideketen (Ser 177, His 40, Asp 85).
Verschillende domeinen in een eiwit kunnen bij interactie met een ligand ten opzichte van elkaar bewegen, wat het verder functioneren van het eiwit vergemakkelijkt. De belangrijkste eigenschap van eiwitten die aan hun functies ten grondslag ligt, is de selectiviteit van de hechting van specifieke liganden aan bepaalde delen van het eiwitmolecuul.
Verscheidenheid aan liganden:
Liganden kunnen anorganische (vaak metaalionen) en organische stoffen, stoffen met een laag molecuulgewicht en stoffen met een hoog molecuulgewicht zijn;
Er zijn liganden die hun chemische structuur veranderen wanneer ze aan de actieve plaats van een eiwit worden gehecht (het substraat in de actieve plaats van het enzym verandert);
Er zijn liganden die zich alleen aan het eiwit hechten op het moment dat het functioneert (bijvoorbeeld O2 getransporteerd door hemoglobine), en liganden die voortdurend met het eiwit zijn geassocieerd en een ondersteunende rol spelen bij het functioneren van eiwitten (bijvoorbeeld ijzer, dat deel uitmaakt van hemoglobine).
HOOFDSTUK 3
ENZYMEN. MECHANISME VAN ENZYMACTIE
Enzymen of enzymen zijn specifieke eiwitten die deel uitmaken van alle cellen en weefsels van levende organismen en fungeren als biologische katalysatoren.
Algemene eigenschappen van enzymen en anorganische katalysatoren:
1. Ze worden tijdens het reactieproces niet verbruikt.
2. Ze oefenen hun effect uit bij lage concentraties.
3. Ze hebben geen invloed op de waarde van de evenwichtsconstante van de reactie.
4. Hun actie gehoorzaamt de wet van massa-actie.
5. Versnel thermodynamisch onmogelijke reacties niet.
Verschillen tussen enzymen en anorganische katalysatoren.
1. Thermische labiliteit van enzymen.
2. Afhankelijkheid van enzymactiviteit van de pH van de omgeving.
3. Specificiteit van de enzymwerking.
4. De snelheid van enzymatische reacties is onderworpen aan bepaalde kinetische wetten.
5. De activiteit van enzymen hangt af van de werking van toezichthouders - activatoren en remmers.
6. Een aantal enzymen ondergaan postsynthetische modificatie tijdens de vorming van tertiaire en quaternaire structuren.
7. De grootte van enzymmoleculen is gewoonlijk veel groter dan de grootte van hun substraten.
Enzymmolecuulstructuur
Door hun structuur kunnen enzymen eenvoudige of complexe eiwitten zijn. Een enzym dat een complex eiwit is, wordt genoemd holoenzym. Het eiwitgedeelte van het enzym wordt een apoenzym genoemd, het niet-eiwitgedeelte een cofactor. Onderscheiden twee soorten cofactoren:
1. Prothetische groep - stevig gebonden aan het apoenzym, vaak door covalente bindingen.
2. Co-enzym is een niet-eiwitdeel dat gemakkelijk van het apo-enzym kan worden gescheiden. Vitaminederivaten worden vaak gebruikt als co-enzymen.
Aan co-enzymen De volgende aansluitingen omvatten:
Vitaminederivaten;
Hemes, die deel uitmaken van cytochromen, catalase, peroxidase, guanylaatcyclase, NO-synthase en een prothetische groep enzymen zijn;
Nucleotiden zijn donoren en acceptoren van fosforzuurresiduen;
Ubiquinon of co-enzym Q, betrokken bij de overdracht van elektronen en protonen in de weefselademhalingsketen;
Fosfoadenosylfosfosulfaat, betrokken bij sulfaattransport;
Glutathion, betrokken bij redoxreacties.
Tabel 3.1.
Co-enzymfuncties van vitamines
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_1.jpg" alt=">Het actieve centrum van het eiwit en zijn interactie met het ligand. Tijdens de vorming van de tertiaire structuur"> Активный центр белка и его взаимодействие с лигандом. В процессе формирования третичной структуры на поверхности функционально активного белка, обычно в углублении, образуется участок, сформированный радикалами аминокислот, далеко стоящими друг от друга в первичной структуре. Этот участок, имеющий уникальное строение для данного белка и способный специфично взаимодействовать с определенной молекулой или группой похожих молекул, называется центром связывания белка с лигандом или активным центром. Лигандами называются молекулы, взаимодействующие с белками.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_2.jpg" alt=">Een ligand kan een stof met een laag molecuulgewicht of een stof met een hoog molecuulgewicht (macromolecuul) zijn, inclusief"> Лигандом может быть как низкомолекулярное, так и высокомолекулярное (макромолекула) вещество, в том числе и другой белок. Лигандами являются субстраты ферментов, кофакторы, ингибиторы и активаторы ферментов, протомеры в олигомерном белке и т.д.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_3.jpg" alt=">Hoge specificiteit van eiwit-ligand-interactie wordt verzekerd door de complementariteit van de structuur van het actieve centrum met de structuur van het ligand.">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_4.jpg" alt=">Complementariteit is de ruimtelijke en chemische correspondentie van op elkaar inwerkende oppervlakken. Het actieve centrum moet niet alleen"> Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. Активный центр должен не только пространственно соответствовать входящему в него лиганду, но и между функциональными группами радикалов, входящих в активный центр, и лигандом должны образоваться связи чаще всего нековалентные (ионные, водородные, а также гидрофобные взаимодействия), которые удерживают лиганд в активном центре.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_5.jpg" alt=">Complementaire interactie van eiwit met ligand">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_6.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_7.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_8.jpg" alt="> CLASSIFICATIE VAN EIWITTEN 1. Eenvoudige eiwitten bestaan alleen uit aminozuren. 2. Complexe eiwitten (holoproteïnen)"> КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ 1. Простые белки состоят только из аминокислот. 2. Сложные белки (холопротеины) содержат белковую часть (апопротеин) и небелковую (простетическую) группу.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_9.jpg" alt=">Verschillende organische (lipiden, koolhydraten) en anorganische (metalen) stoffen kunnen als een prothetische groep fungeren."> В качестве простетической группы могут выступать различные органические (липиды, углеводы) и неорганические (металлы) вещества. Связь между простетической группой и апопротеином может быть как ковалентная, так и нековалентная. Простетическую группу порой можно рассматривать в качестве лиганда. Наличие небелковой части обеспечивает выполнение белком его функции. При утрате простетической группы холопротеин теряет свою активность.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_10.jpg" alt=">Complexe eiwitten - chromoproteïnen - nucleoproteïnen - lipoproteïnen - fosfoproteïnen - glycoproteïnen - metalloproteïnen">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_11.jpg" alt=">Metalloproteïnen omvatten holoenzymen die niet-heem-gecoördineerde metaalionen bevatten. Onder de metalloproteïnen bevinden zich eiwitten"> Металлопротеинам можно отнести холоферменты, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеинов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин и трансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов). Но и хромопротеины, содержащие ионы металлов, также можно отнести к металлопротеинам.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_12.jpg" alt=">Metalloproteïnen zijn vaak enzymen. Metaalionen: - nemen deel aan de oriëntatie van het substraat"> Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов в этом случае: - участвуют в ориентации субстрата в активном центре фермента, входят в состав активного центра фермента и участвуют в катализе, являясь, например, акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции. Часто ион металла в составе фермента называют кофактором.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_13.jpg" alt=">Enzymatische metalloproteïnen omvatten eiwitten die bijvoorbeeld: - koper - cytochroomoxidase bevatten, in het complex"> К ферментативным металлопротеинам относятся белки, содержащие например: - медь – цитохромоксидаза, в комплексе с другими ферментами дыхательной цепи митохондрий участвует в синтезе АТФ, - железо – ферритин, депонирующий железо в клетке, трансферрин, переносящий железо в крови, каталаза, обезвреживающая перекись водорода, - цинк – алкогольдегидрогеназа, обеспечивающая метаболизм этанола и других спиртов, лактатдегидрогеназа, участвующая в метаболизме молочной кислоты, - карбоангидраза, образующая угольную кислоту из CO2 и H2O, - щелочная фосфатаза, гидролизующая фосфорные эфиры !} diverse aansluitingen, - α2-macroglobuline, antiprotease-eiwit in het bloed. - selenium - schildklierperoxidase, betrokken bij de synthese van schildklierhormonen, antioxidant-enzym glutathionperoxidase, - calcium - α-amylase van speeksel en pancreassap, hydrolyserend zetmeel.
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_14.jpg" alt=">Ferritine">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_15.jpg" alt=">Fosfoproteïnen zijn eiwitten die een fosfaatgroep bevatten. Deze binden zich aan de peptideketen"> Фосфопротеины – это белки, в которых присутствует фосфатная группа. Она связывается с пептидной цепью через остатки тирозина, серина и треонина, т.е. тех аминокислот, которые содержат ОН-группу. Способ присоединения фосфата к белку на примере серина и тирозина!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_16.jpg" alt=">Fosforzuur kan het volgende vervullen: - Een structurele rol spelen door lading, oplosbaarheid te verlenen en eigenschappen te veranderen"> Фосфорная кислота может выполнять: - Структурную роль, придавая заряд, растворимость и изменяя свойства белка, например, в казеине молока, яичном альбумине. Наличие остатков фосфорной кислоты способствует связыванию кальция, что необходимо для формирования, например, костной ткани. - Функциональную роль. В клетке присутствует много белков, которые связаны с фосфатом не постоянно, а в зависимости от активности метаболизма. Белок может многократно переходить в фосфорилированную или в дефосфорилированную форму, что играет регулирующую роль в его работе.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_17.jpg" alt=">Fosforylatie is het proces van overdracht van een fosforzuurresidu van een fosforylerend donormiddel naar een substraat, meestal"> Фосфорилирование - процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента-донора к субстрату, как правило, катализируемый ферментами (киназами) и ведущий к образованию эфиров фосфорной кислоты. Дефосфорилирование (утрату остатка фосфорной кислоты) катализируют фосфатазы. АТФ + R-OH → АДФ + R-OPO3H2 R-OPO3H2 + Н2О → R-OH + Н3РО4!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_18.jpg" alt=">Voorbeelden: 1) enzymen glycogeensynthase en glycogeenfosforylase 2) histonen in de gefosforyleerde toestand binden minder strak"> Примеры: 1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК и активность генома возрастает. Изменение конформации белка в фосфорилированном и дефосфорилированном состоянии!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_19.jpg" alt=">Lipoproteïnen bevatten niet-covalent gebonden lipiden als prothetisch onderdeel. Vooral lipiden"> Липопротеины содержат в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липиды, в частности жиры, холестерол и его эфиры не растворяются в водных фазах организма, поэтому транспорт их кровью и лимфой осуществляется в виде комплексов с белками и фосфолипидами, которые называются липопротеинами.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_20.jpg" alt=">Alle lipoproteïnen hebben een vergelijkbare structuur: de kern bestaat uit hydrofobe moleculen: triacylglycerolen, cholesterolesters en"> Все липопротеины имеют сходное строение: ядро состоит из гидрофобных молекул: триацилглицеролов, эфиров холестерола, а на поверхности находится монослой фосфолипидов, полярные группы которых обращены к воде, а гидрофобные погружены в гидрофобное ядро липопротеина. Кроме фосфолипидов, на поверхности находятся белки – аполипопротеины (апобелками). Их выделяют несколько видов: А, В, С, D. В каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апобелки. Аполипопротеины выполняют различные функции. Интегральные аполипопротеины являются структурными компонентами. Периферические аполипопротеины в плазме крови могут передаваться от одного типа липопротеинов к другим, определяя их дальнейшие превращения.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_21.jpg" alt=">Schema van de structuur van een lipoproteïne Structuur van een lipoproteïne">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_22.jpg" alt=">Structuur van lipoproteïnen in bloedplasma">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_23.jpg" alt=">Er zijn vier hoofdklassen lipoproteïnen: - lipoproteïnen met hoge dichtheid (HDL), - lipoproteïnen met lage dichtheid (LDL),"> Выделяют четыре основных класса липопротеинов: -липопротеины высокой плотности (ЛПВП), -липопротеины низкой плотности (ЛПНП), -липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), -хиломикроны (ХМ). Каждый из типов ЛП образуется в !} verschillende stoffen en transporteert bepaalde lipiden. De concentratie en verhouding van bepaalde lipoproteïnen in het bloed spelen een leidende rol bij het optreden van een dergelijke veel voorkomende vasculaire pathologie als atherosclerose. HDL is anti-atherogeen, LDL en VLDL zijn atherogeen.
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_24.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_25.jpg" alt=">Glycoproteïnen of glycoconjugaten zijn eiwitten die een koolhydraatcomponent bevatten die covalent is gebonden aan een polypeptideskelet."> Гликопротеины или, гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов в них варьирует от 1% до 98% по массе. Два подкласса белков, содержащих углеводы: ■ протеогликаны ■ гликопротеины!}
Beschrijving="">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_27.jpg" alt=">Glycoproteïnen worden gekenmerkt door een laag gehalte aan koolhydraten, die gebonden zijn: - door een N-glycosidebinding aan de NH2-groep van sommige"> Для гликопротеинов характерно невысокое содержание углеводов, которые присоединены: - N-гликозидной связью к NН2-группе какого-нибудь аминокислотного остатка, например, аспарагина; - О-гликозидной связью к гидроксильной группе остатка серина, треонина,тирозина, гидроксилизина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_28.jpg" alt=">Vorming van O- en N-glycosidische bindingen in glycoproteïnen. 1 - N-glycosidische binding tussen de amidegroep"> Образование О- и N-гликозидных связей в гликопротеинах. 1 - N-гликозидная связь между амидной группой аспарагина и ОН-группой моносахарида; 2 - О-гликозидная связь между ОН-группой серина и ОН-группой моносахарида.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_29.jpg" alt=">Methode voor het toevoegen van koolhydraten aan eiwitten">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_30.jpg" alt=">De functies van glycoproteïnen zijn: 1. Structureel - bacteriële celwand, botmatrix, bijvoorbeeld collageen, elastine."> Функцией гликопротеинов являются: 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин. 2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген). 3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. 4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_31.jpg" alt=">Structuurdiagram van het receptoreiwit">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_32.jpg" alt=">Chromoproteïnen zijn de verzamelnaam voor complexe eiwitten met gekleurde prothetische groepen van verschillende chemische aard."> Хромопротеины - собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. гемопротеины (содержат гем), ретинальпротеины (содержат витамин А), флавопротеины (содержат витамин В2), кобамидпротеины (содержат витамин В12).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_33.jpg" alt=">Flavoproteïnen zijn enzymen van redoxreacties. Ze bevatten vitamine B2-derivaten flavine-mononucleotide (FMN) en flavine-adenine-dinucleotide"> Флавопротеины - это ферменты окислительно-восстановительных реакций. Содержат производные витамина В2 флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Связываются данные простетические группы ковалентно и придают желтое окрашивание. Эти простетические группы являются производными изоаллоксазина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_34.jpg" alt=">Isoalloxazine is een heterocyclische verbinding, een derivaat van pteridine. Het isoalloxazinemolecuul bestaat uit drie aromatische ringen -"> Изоаллоксазин - гетероциклическое соединения, производное птеридина. Молекула изоаллоксазина состоит из трех ароматических колец - бензольного, пиримидинового, пиразинового.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_35.jpg" alt=">Hemoproteïnen zijn heembevattende chromoproteïnen. Als niet-eiwitcomponent omvatten ze structureel vergelijkbare ijzer- of magnesiumporfyrinen."> Гемопротеины - гем-содержащие хромопротеины. В качестве небелкового компонента включают структурно сходные железо- или магнийпорфирины. Белковый компонент может быть разнообразным как по составу, так и по структуре. Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина. Порфирин!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_36.jpg" alt=">De porfyrinering is in staat coördinatieverbindingen te vormen met verschillende metaalionen. Als resultaat van complexering,"> Порфириновое кольцо способно образовывать координационные соединения с различными ионами металлов. В результате комплексообразования формируются металлопорфирины: содержащие ионы железа – гемоглобины, миоглобин, цитохромы, пероксидаза, каталаза и др. (красное окрашивание), содержщие ионы магния – хлорофилл (зеленое окрашивание). Витамин В12 (кобалимин) содержит координированный ион кобальта Со2+ в порфириноподобном макроцикле – коррине, состоящем из четырех частично гидрированных пиррольных колец (розовое окрашивание).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_37.jpg" alt=">Chlorofyl b. Chlorofylen zijn betrokken bij de processen van fotosynthese.">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_38.jpg" alt=">Cytochromen verschillen in de aminozuursamenstelling van de peptideketens, het aantal ketens en zijn onderverdeeld in typen a, b,"> Цитохромы различаются аминокислотным составом пептидных цепей, числом цепей и разделяются на типы а, b, с, d. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи и цепи микросомального окисления. Степень окисления железа в составе цитохромов меняется в отличие от гемоглобина и миоглобина Fe2+ ↔ Fe3+!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_39.jpg" alt=">Myoglobine (MB) is een eiwit dat voorkomt in de rode spieren en waarvan de belangrijkste functie het creëren van reserves is"> Миоглобин (Мв) - белок, находящийся в красных мышцах, основная функция которого - создание запасов О2, необходимых при интенсивной мышечной работе. Мв - сложный белок, содержащий белковую часть - апоМв и небелковую часть - гем. Первичная структура апоМв определяет его компактную глобулярную конформацию и структуру активного центра, к которому присоединяется небелковая часть миоглобина - гем. Кислород, поступающий из крови в мышцы, связывается с Fe2+ гема в составе миоглобина. Мв - мономерный белок, имеющий очень высокое сродство к О2, поэтому отдача кислорода миоглобином происходит только при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление O2 резко снижается. Формирование пространственных структур и функционирование миоглобина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_40.jpg" alt=">Vorming van de Mv-conformatie. In rode spieren, synthese van de primaire"> Формирование конформации Мв. В красных мышцах на рибосомах в ходе трансляции идет синтез первичной структуры Мв, представленной специфической последовательностью 153 аминокислотных остатков. Вторичная структура Мв содержит восемь α-спиралей, называемых !} met Latijnse letters van A tot H, waartussen zich niet-spiraalvormige gebieden bevinden. De tertiaire structuur van Mb heeft de vorm van een compact bolletje, in de uitsparing waarvan het actieve centrum zich tussen de F- en E α-helices bevindt.
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_41.jpg" alt=">Structuur van myoglobine">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_42.jpg" alt=">Kenmerken van de structuur en werking van het actieve centrum van Mv. Het actieve centrum van Mv wordt voornamelijk gevormd door hydrofobe radicalen"> Особенности строения и функционирования активного центра Мв. Активный центр Мв сформирован преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот, далеко отстоящими друг от друга в первичной структуре (например, Три39 и Фен138). К активному центру присоединяется плохо растворимые в воде лиганды - гем и О2. Гем - специфический лиганд апоМв.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_43.jpg" alt=">De basis van heem bestaat uit vier pyrroolringen verbonden door methylbruggen; in het midden bevindt zich een Fe2+ atoom,"> Основу гема составляют четыре пиррольных кольца, соединенных метенильными мостиками; в центре расположен атом Fe2+, соединенный с атомами азота пиррольных колец четырьмя координационными связями. В активном центре Мв кроме гидрофобных радикалов аминокислот имеются также остатки двух аминокислот с гидрофильными радикалами - Гис Е7 (Гис64) и Гис F8 (Гис93).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_44.jpg" alt=">Zijn F8 vormt een coördinatiebinding met Fe2+ en fixeert heem stevig in de actieve plaats."> Гис F8 образует координационную связь с Fe2+ и прочно фиксирует гем в активном центре. Гис Е7 необходим для правильной ориентации в активном центре другого лиганда - O2 при его взаимодействии с Fe+2 гема. Микроокружение гема создает условия для прочного, но обратимого связывания O2 с Fe+2 и препятствует попаданию в гидрофобный активный центр воды, что может привести к его окислению в Fе3+.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_45.jpg" alt=">Oligomere structuur van HB en regulering van HB-affiniteit voor O2 door liganden. Menselijke hemoglobines -"> Олигомерное строение Нв и регуляция сродства Нв к О2 лигандами. Гемоглобины человека - семейство белков, так же как и миоглобин относящиеся к сложным белкам (гемопротеинам). Они имеют тетрамерное строение и содержат две α-цепи, но различаются по строению двух других полипептидных цепей (2α-, 2х-цепи). Строение второй полипептидной цепи определяет особенности функционирования этих форм Нв. Около 98% гемоглобина эритроцитов взрослого человека составляет гемоглобин А (2α-, 2β-цепи). В период внутриутробного развития функционируют два основных типа гемоглобинов: эмбриональный Нв (2α, 2ε), который обнаруживается на ранних этапах развития плода, и гемоглобин F (фетальный) - (2α, 2γ), который приходит на смену раннему гемоглобину плода на шестом месяце внутриутробного развития и только после рождения замещается на Нв А.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_46.jpg" alt=">Hb A is een eiwit gerelateerd aan myoglobine (Mb), dat wordt aangetroffen in de rode bloedcellen van een volwassene."> Нв А - белок, родственный миоглобину (Мв), содержится в эритроцитах взрослого человека. Строение его отдельных протомеров аналогично таковому у миоглобина. Вторичная и третичная структуры миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны, несмотря на то что в первичной структуре их полипептидных цепей идентичны только 24 аминокислотных остатка (вторичная структура протомеров гемоглобина, так же как миоглобин, содержит восемь α-спиралей, обозначаемых латинскими буквами от А до Н, а третичная структура имеет вид компактной глобулы). Но в отличие от миоглобина гемоглобин имеет олигомерное строение, состоит из четырех полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_47.jpg" alt=">Oligomere structuur van hemoglobine">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_48.jpg" alt=">Elk Hb-protomeer is geassocieerd met een niet-eiwitdeel - heem- en aangrenzende protomeren. Verbinding van eiwit"> Каждый протомер Нв связан с небелковой частью - гемом и соседними протомерами. Соединение белковой части Нв с гемом аналогично таковому у миоглобина: в активном центре белка гидрофобные части гема окружены гидрофобными радикалами аминокислот за исключением Гис F8 и Гис Е7, которые расположены по обе стороны от плоскости гема и играют аналогичную роль в функционировании белка и связывании его с кислородом. Кроме того, Гис Е7 выполняет важную дополнительную роль в функционировании Нв. Свободный гем имеет в 25 000 раз более высокое сродство к СО, чем к О2. СО в небольших количествах образуется в организме и, учитывая его высокое сродство к гему, он мог бы нарушать транспорт необходимого для жизни клеток О2. Однако в составе гемоглобина сродство гема к оксиду углерода превышает сродство к О2 всего в 200 раз благодаря наличию в активном центре Гис Е7. Остаток этой аминокислоты создает !} optimale omstandigheden om heem aan O2 te binden en verzwakt de interactie van heem met CO.
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_49.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_50.jpg" alt=">De pyrroolringen van heem bevinden zich in hetzelfde vlak en het Fe2+-ion bevindt zich in de niet-zuurstofrijke toestand Hb"> Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А. При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема. В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы. Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_51.jpg" alt=">Hemoglobine kan zowel in vrije (deoxyhemoglobine) als in zuurstofrijke vorm voorkomen, wat neerkomt op"> Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул кислорода. Взаимодействие с кислородом 1-го протомера вызывает изменение его конформации, а также кооперативные конформационные изменения остальных протомеров. Сродство к кислороду возрастает, и присоединение О2 к активному центру 2-го протомера происходит легче, вызывая дальнейшую конформационную перестройку всей молекулы. В результате еще сильнее изменяется структура оставшихся протомеров и их активных центров, взаимодействие с О2 еще больше облегчается. В итоге 4-я молекула кислорода присоединяется к Hb примерно в 300 раз легче, чем 1-я. Так происходит в легких при высоком парциальном давлении кислорода.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_52.jpg" alt=">Coöperatieve veranderingen in de conformatie van het hemoglobinemolecuul na interactie met zuurstof">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_53.jpg" alt=">In weefsels waar het zuurstofgehalte lager is, vergemakkelijkt de splitsing van elk O2-molecuul daarentegen de afgifte van volgende moleculen."> В тканях, где содержание кислорода ниже, наоборот, отщепление каждой молекулы О2 облегчает освобождение последующих. Таким образом, взаимодействие олигомерного белка гемоглобина с лигандом (О2) в одном центре связывания приводит к изменению конформации всей молекулы и других, пространственно удаленных центров, расположенных на других субъединицах (принцип «домино»). Подобные взаимосвязанные изменения структуры белка называют кооперативными конформационными изменениями. Они характерны для всех олигомерных белков и используются для регуляции их активности.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_54.jpg" alt=">De interactie van beide eiwitten (Mb en Hb) met zuurstof hangt af van de partiële druk in"> Взаимодействие обоих белков (Mb и Hb) с кислородом зависит от его парциального давления в тканях. Эта зависимость имеет разный характер, что связано с их особенностями структуры и функционирования. Гемоглобин имеет S-образную кривую насыщения, которая показывает, что субъединицы белка работают кооперативно, и чем больше кислорода они отдают, тем легче идет освобождение остальных молекул О2. Этот процесс зависит от изменения парциального давления кислорода в тканях. График насыщения миоглобина кислородом имеет характер простой гиперболы, т.е. насыщение Mb кислородом происходит быстро и отражает его функцию - обратимое связывание с кислородом, высвобождаемым гемоглобином, и освобождение в случае интенсивной физической нагрузки.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_55.jpg" alt=">Myoglobine- enurven">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_56.jpg" alt=">CO2 en H+, gevormd tijdens het katabolisme van organische stoffen, verminderen de affiniteit van hemoglobine voor O2 in verhouding"> CO2 и Н+, образующиеся при катаболизме органических веществ, уменьшают сродство гемоглобина к О2 пропорционально их концентрации. Энергия, необходимая для работы клеток, вырабатывается преимущественно в митохондриях при окислении органических веществ с использованием O2, доставляемого из легких гемоглобином. В результате окисления органических веществ образуются конечные продукты их распада: СО2 и Н2O, количество которых пропорционально интенсивности протекающих процессов окисления. СO2 диффузией попадает из клеток в кровь и проникает в эритроциты, где под действием фермента карбоангидразы превращается в угольную кислоту. Эта слабая кислота диссоциирует на протон и бикарбонат ион. СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3-!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_57.jpg" alt=">H+-ionen kunnen zich verbinden met His146-radicalen in de β-ketens van hemoglobine, d.w.z. in afgelegen gebieden"> Ионы Н+ способны присоединятся к радикалам Гис146 в β-цепях гемоглобина, т.е. в участках, удаленных от гема. Протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2, способствует отщеплению О2 от оксиНв, образованию дезоксиНв и увеличивает поступление кислорода в ткани пропорционально количеству образовавшихся протонов. Увеличение количества освобожденного кислорода в зависимости от увеличения концентрации Н+ в эритроцитах называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект). В легких высокое парциальное давление кислорода способствует его связыванию с дезоксиНв, что уменьшает сродство белка к Н+. Освободившиеся протоны под действием карбоангидразы взаимодействуют с бикарбонатами с образованием СО2 и Н2О!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_58.jpg" alt=">Afhankelijkheid van de affiniteit van Hb voor O2 van de concentratie van CO2 en protonen (Bohr-effect): A -"> Зависимость сродства Нв к О2 от концентрации СО2 и протонов (эффект Бора): А - влияние концентрации СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с Нв (эффект Бора); Б - оксигенирование дезоксигемоглобина в легких, образование и выделение СО2.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_59.jpg" alt=">Het resulterende CO2 komt de alveolaire ruimte binnen en wordt verwijderd met uitgeademde lucht. De hoeveelheid"> Образовавшийся СО2 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом. Таким образом, количество высвобождаемого гемоглобином кислорода в тканях регулируется продуктами катаболизма органических веществ: чем интенсивнее распад веществ, например при физических нагрузках, тем выше концентрация СО2 и Н+ и тем больше кислорода получают ткани в результате уменьшения сродства Нв к О2.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_60.jpg" alt=">Een verandering in de functionele activiteit van een eiwit bij interactie met andere liganden als gevolg van conformationele veranderingen wordt allosterisch genoemd"> Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных изменений называется аллостерической регуляцией, а соединения-регуляторы - аллостерическими лигандами или эффекторами. Способность к аллостерической регуляции характерна, как правило, для олигомерных белков, т.е. для проявления аллостерического эффекта необходимо взаимодействие протомеров. При воздействии аллостерических лигандов белки меняют свою конформацию (в том числе и активного центра) и функцию.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_61.jpg" alt=">Allosterische regulatie van de affiniteit van Hb voor O2 door het ligand - 2,3-bis-fosfoglyceraat. In erytrocyten uit het product"> Аллостерическая регуляция сродства Нв к О2 лигандом - 2,3-бис-фосфоглицератом. В эритроцитах из продукта окисления глюкозы - 1,3-бисфосфоглицерата синтезируется аллостерический лиганд гемоглобина - 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ). В нормальных условиях концентрация 2,3-БФГ высокая и сравнима с концентрацией Нв. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд (-5).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_62.jpg" alt=">Er bevindt zich een holte in het midden van het tetramere hemoglobinemolecuul. Deze wordt gevormd door aminozuurresiduen van alle vier de protomeren."> В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки всех четырех протомеров. В капиллярах тканей протонирование Нв (эффект Бора) приводит к разрыву связи между железом гема и О2. В молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином возникают дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры, вследствие чего размеры центральной полости по сравнению с оксигемоглобином увеличиваются. Центральная полость является местом присоединения 2,3-БФГ к гемоглобину. БФГ поступает в полость дезоксигемоглобина. 2,3-БФГ взаимодействует с гемоглобином в участке, удаленном от активных центров белка и относится к аллостерическим (регуляторным) лигандам, а центральная полость Нв является аллостерическим центром. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с положительно заряженными группами двух β-цепей Нв. При этом его сродство к О2 снижается в 26 раз. В результате происходит высвобождение кислорода в капиллярах ткани при низком парциальном давлении О2. В легких высокое парциальное давление О2, наоборот, приводит к оксигенированию Нв и освобождению БФГ.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_63.jpg" alt=">De BPG-bindingsplaats bevindt zich in de positief geladen holte tussen de 4 hemoglobineprotomeren. BPG-interactie"> Центр связывания БФГ находится в положительно заряженной полости между 4 протомерами гемоглобина. Взаимодействие БФГ с центром связывания изменяет конформацию α- и β-протомеров НЬ и их активных центров. Сродство НЬ к молекулам О2 снижается и кислород высвобождается в ткани. В легких при высоком парциальном давлении О2 активные центры гемоглобина насыщаются за счет изменения конформации и БФГ вытесняется из аллостерического центра!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_64.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_65.jpg" alt=">Oligomere eiwitten hebben dus nieuwe eigenschappen vergeleken met monomere eiwitten. Hechting van liganden"> Таким образом, олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками свойствами. Присоединение лигандов на участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостерических), способно вызывать конформационные изменения во всей белковой молекуле. Благодаря взаимодействию с регуляторными лигандами происходит изменение конформации и адаптация функции белковой молекулы к изменениям окружающей среды.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_66.jpg" alt=">Ongeveer 15% van de koolstofdioxide in het bloed wordt getransporteerd door hemoglobinemoleculen. In de weefsels worden sommige moleculen"> Около 15% углекислого газа, присутствующего в крови, переносится молекулами гемоглобина. В тканях часть молекул углекислого газа может присоединится к каждому протомеру молекулы гемоглобина, при этом снижается сродство Hb к кислороду. В легких, наоборот, из-за высокого парциального давления кислорода, О2 связывается с Hb, а СО2 высвобождается.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_67.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_68.jpg" alt=">In het hemoglobine S-molecuul (het zogenaamde abnormale hemoglobine) bleken 2 β-ketens mutant te zijn, waarbij"> В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались 2 β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.!}
Modulestructuur | Thema's |
Modulaire eenheid 1 | 1.1. Structurele organisatie van eiwitten. Stadia van vorming van de natieve conformatie van eiwitten 1.2. Basisprincipes van het functioneren van eiwitten. Geneesmiddelen als liganden die de eiwitfunctie beïnvloeden 1.3. Denaturatie van eiwitten en de mogelijkheid van hun spontane renativatie |
Modulaire eenheid 2 | 1.4. Kenmerken van de structuur en werking van oligomere eiwitten met behulp van het voorbeeld van hemoglobine 1.5. Behoud van natieve eiwitconformatie onder cellulaire omstandigheden 1.6. Verscheidenheid aan eiwitten. Eiwitfamilies met behulp van het voorbeeld van immunoglobulinen 1.7. Fysisch-chemische eigenschappen van eiwitten en methoden voor hun scheiding |
Modulaire eenheid 1 STRUCTURELE ORGANISATIE VAN MONOMERE EIWITTEN EN DE BASIS VAN HUN FUNCTIONEREN
Leerdoelen In staat zijn om:
1. Kennis gebruiken over de structurele kenmerken van eiwitten en de afhankelijkheid van eiwitfuncties van hun structuur om de mechanismen achter de ontwikkeling van erfelijke en verworven proteïnopathieën te begrijpen.
2. Mechanismen uitleggen therapeutisch effect sommige geneesmiddelen zijn liganden die interageren met eiwitten en hun activiteit veranderen.
3. Gebruik kennis over de structuur en conformationele labiliteit van eiwitten om hun structurele en functionele instabiliteit en neiging tot denaturatie onder veranderende omstandigheden te begrijpen.
4. Verklaar het gebruik van denaturerende middelen als middel voor het steriliseren van medische materialen en instrumenten, evenals van antiseptica.
Weten:
1. Niveaus van structurele organisatie van eiwitten.
2. Het belang van de primaire structuur van eiwitten, die hun structurele en functionele diversiteit bepaalt.
3. Het mechanisme van de vorming van het actieve centrum in eiwitten en de specifieke interactie ervan met het ligand, die ten grondslag ligt aan het functioneren van eiwitten.
4. Voorbeelden van de invloed van exogene liganden (medicijnen, toxinen, gifstoffen) op de conformatie en functionele activiteit van eiwitten.
5. Oorzaken en gevolgen van eiwitdenaturatie, factoren die denaturatie veroorzaken.
6. Voorbeelden van het gebruik van denaturerende factoren in de geneeskunde als antiseptica en middelen voor het steriliseren van medische instrumenten.
ONDERWERP 1.1. STRUCTURELE ORGANISATIE VAN EIWITTEN. STADIA VAN VORMING VAN INHEEMERS
EIWITCONFORMATIE
Eiwitten zijn polymeermoleculen waarvan de monomeren slechts 20 α-aminozuren zijn. De reeks en volgorde van combinatie van aminozuren in een eiwit wordt bepaald door de structuur van genen in het DNA van individuen. Elk eiwit vervult, in overeenstemming met zijn specifieke structuur, zijn eigen functie. De reeks eiwitten van een bepaald organisme bepaalt de fenotypische kenmerken ervan, evenals de aanwezigheid van erfelijke ziekten of de aanleg voor hun ontwikkeling.
1. Aminozuren waaruit eiwitten bestaan. Peptide binding. Eiwitten zijn polymeren opgebouwd uit monomeren - 20 α-aminozuren, waarvan de algemene formule is
Aminozuren verschillen in structuur, grootte en fysisch-chemische eigenschappen van radicalen die aan het α-koolstofatoom zijn gebonden. De functionele groepen van aminozuren bepalen de kenmerken van de eigenschappen van verschillende α-aminozuren. De radicalen die in α-aminozuren worden aangetroffen, kunnen in verschillende groepen worden verdeeld:
Prolijn, In tegenstelling tot de andere 19 eiwitmonomeren is het geen aminozuur, maar een iminozuur; het radicaal in proline is geassocieerd met zowel het α-koolstofatoom als de iminogroep
Aminozuren variëren in oplosbaarheid in water. Dit komt door het vermogen van radicalen om te interageren met water (hydraat).
NAAR hydrofiel omvatten radicalen die anionische, kationische en polaire ongeladen functionele groepen bevatten.
NAAR hydrofoob omvatten radicalen die methylgroepen, alifatische ketens of ringen bevatten.
2. Peptidebindingen verbinden aminozuren om peptiden te vormen. Tijdens de peptidesynthese interageert de α-carboxylgroep van het ene aminozuur met de α-aminogroep van een ander aminozuur en vormt peptidebinding:
Eiwitten zijn polypeptiden, d.w.z. lineaire polymeren van α-aminozuren verbonden door een peptidebinding (Fig. 1.1.)
Rijst. 1.1. Termen die worden gebruikt om de structuur van peptiden te beschrijven
De monomeren van aminozuren waaruit polypeptiden bestaan, worden genoemd aminozuurresten. Een keten van zich herhalende groepen - NH-CH-CO- formulieren peptide ruggengraat. Een aminozuurresidu dat een vrije α-aminogroep heeft, wordt N-terminaal genoemd, en een aminozuurresidu dat een vrije α-carboxylgroep heeft, wordt C-terminaal genoemd. Peptiden worden geschreven en gelezen van de N-terminus naar de C-terminus.
De peptidebinding gevormd door de iminogroep van proline verschilt van andere peptidebindingen: het stikstofatoom van de peptidegroep mist een waterstofatoom,
in plaats daarvan is er sprake van een binding met een radicaal, waardoor één kant van de ring wordt opgenomen in de peptideskelet:
Peptiden verschillen in aminozuursamenstelling, aantal aminozuren en volgorde van aminozuurverbinding. Ser-Ala-Glu-Gis en His-Glu-Ala-Ser zijn bijvoorbeeld twee verschillende peptiden.
Peptidebindingen zijn zeer sterk en hun chemische, niet-enzymatische hydrolyse vereist zware omstandigheden: het geanalyseerde eiwit wordt gedurende 24 uur gehydrolyseerd in geconcentreerd zoutzuur bij een temperatuur van ongeveer 110°C. In een levende cel kunnen peptidebindingen worden verbroken Proteolytische enzymen, genaamd proteasen of peptidehydrolasen.
3. Primaire structuur van eiwitten. Aminozuurresten in de peptideketens van verschillende eiwitten wisselen elkaar niet willekeurig af, maar zijn in een bepaalde volgorde gerangschikt. De lineaire sequentie of afwisselingsvolgorde van aminozuurresiduen in een polypeptideketen wordt genoemd primaire structuur van het eiwit.
De primaire structuur van elk afzonderlijk eiwit wordt gecodeerd in het DNA-molecuul (in een regio die het gen wordt genoemd) en wordt gerealiseerd tijdens transcriptie (het kopiëren van informatie naar mRNA) en translatie (synthese van de primaire structuur van het eiwit). Bijgevolg is de primaire structuur van de eiwitten van een individuele persoon informatie die erfelijk wordt overgedragen van ouders op kinderen, en die de structurele kenmerken van de eiwitten van een bepaald organisme bepaalt, waarvan de functie van de bestaande eiwitten afhangt (Fig. 1.2).
Rijst. 1.2. De relatie tussen het genotype en de conformatie van eiwitten die in het lichaam van het individu worden gesynthetiseerd
Elk van de ongeveer 100.000 individuele eiwitten in het menselijk lichaam heeft uniek primaire structuur. Moleculen van hetzelfde type eiwit (bijvoorbeeld albumine) hebben dezelfde afwisseling van aminozuurresiduen, waardoor albumine zich onderscheidt van elk ander individueel eiwit.
De sequentie van aminozuurresiduen in een peptideketen kan worden beschouwd als een vorm van het vastleggen van informatie. Deze informatie bepaalt de ruimtelijke rangschikking van de lineaire peptideketen in een compactere driedimensionale structuur, genaamd conformatie eekhoorn. Het proces van vorming van een functioneel actieve eiwitconformatie wordt genoemd vouwen
4. Eiwitconformatie. Vrije rotatie in de peptideskelet is mogelijk tussen het stikstofatoom van de peptidegroep en het aangrenzende α-koolstofatoom, evenals tussen het α-koolstofatoom en het koolstofatoom van de carbonylgroep. Door de interactie van functionele groepen aminozuurresiduen kan de primaire structuur van eiwitten complexere ruimtelijke structuren aannemen. In bolvormige eiwitten zijn er twee hoofdniveaus van vouwing van de conformatie van peptideketens: ondergeschikt En tertiaire structuur.
Secundaire structuur van eiwitten is een ruimtelijke structuur die wordt gevormd als resultaat van de vorming van waterstofbruggen tussen de functionele groepen -C=O en -NH- van de peptideskelet. In dit geval kan de peptideketen reguliere structuren van twee typen verkrijgen: α-helices En β-structuren.
IN α-helices waterstofbruggen worden gevormd tussen het zuurstofatoom van de carbonylgroep en de waterstof van de amidestikstof van het 4e aminozuur daarvan; zijketens van aminozuurresiduen
bevinden zich langs de omtrek van de spiraal, zonder deel te nemen aan de vorming van de secundaire structuur (Fig. 1.3.).
Bulkradicalen, of radicalen met gelijke ladingen, voorkomen de vorming van een α-helix. Het prolineresidu, dat een ringstructuur heeft, onderbreekt de α-helix, omdat het vanwege het gebrek aan waterstof aan het stikstofatoom in de peptideketen onmogelijk is om een waterstofbrug te vormen. De binding tussen stikstof en het α-koolstofatoom maakt deel uit van de prolinering, dus de peptideskelet wordt op dit punt gebogen.
β-structuur wordt gevormd tussen de lineaire gebieden van de peptideskelet van één polypeptideketen, waardoor gevouwen structuren worden gevormd. Er kunnen zich polypeptideketens of delen daarvan vormen parallel of antiparallelle β-structuren. In het eerste geval vallen de N- en C-uiteinden van de interagerende peptideketens samen, en in het tweede geval hebben ze de tegenovergestelde richting (Fig. 1.4).
Rijst. 1.3. Secundaire structuur van eiwitten - α-helix
Rijst. 1.4. Parallelle en antiparallelle β-sheetstructuren
β-structuren worden aangegeven met brede pijlen: A - Antiparallelle β-structuur. B - Parallelle β-plaatstructuren
In sommige eiwitten kunnen β-structuren worden gevormd als gevolg van de vorming van waterstofbruggen tussen atomen van de peptideskelet van verschillende polypeptideketens.
Komt ook voor in eiwitten gebieden met onregelmatige secundaire structuur, die bochten, lussen en bochten van de polypeptide-skelet omvat. Ze bevinden zich vaak op plaatsen waar de richting van de peptideketen verandert, bijvoorbeeld wanneer een parallelle β-sheetstructuur wordt gevormd.
Op basis van de aanwezigheid van α-helices en β-structuren kunnen bolvormige eiwitten in vier categorieën worden verdeeld.
Rijst. 1.5. Secundaire structuur van myoglobine (A) en hemoglobine β-keten (B), die acht α-helices bevat
Rijst. 1.6. Secundaire structuur van triosefosfaatisomerase en pyruvaatkinasedomein
Rijst. 1.7. Secundaire structuur van het constante domein van immunoglobuline (A) en het enzym superoxide-dismutase (B)
IN vierde categorie omvatte eiwitten die een kleine hoeveelheid reguliere secundaire structuren bevatten. Deze eiwitten omvatten kleine cysteïnerijke eiwitten of metalloproteïnen.
Eiwit tertiaire structuur- een type conformatie dat wordt gevormd door interacties tussen aminozuurradicalen, die zich op aanzienlijke afstand van elkaar in de peptideketen kunnen bevinden. De meeste eiwitten vormen een ruimtelijke structuur die lijkt op een bolletje (bolvormige eiwitten).
Omdat hydrofobe aminozuurradicalen de neiging hebben zich te combineren via zogenaamde hydrofobe interacties en intermoleculaire van der Waals-krachten wordt een dichte hydrofobe kern gevormd binnen het eiwitbolletje. Hydrofiele geïoniseerde en niet-geïoniseerde radicalen bevinden zich voornamelijk op het oppervlak van het eiwit en bepalen de oplosbaarheid ervan in water.
Rijst. 1.8. Soorten bindingen die ontstaan tussen aminozuurradicalen tijdens de vorming van de tertiaire structuur van een eiwit
1 - ionbinding- vindt plaats tussen positief en negatief geladen functionele groepen;
2 - waterstofbinding- vindt plaats tussen een hydrofiele ongeladen groep en een andere hydrofiele groep;
3 - hydrofobe interacties- ontstaan tussen hydrofobe radicalen;
4 - disulfidebinding- gevormd door de oxidatie van SH-groepen van cysteïneresiduen en hun interactie met elkaar
Hydrofiele aminozuurresiduen die zich in de hydrofobe kern bevinden, kunnen met elkaar interageren door gebruik te maken van ionisch En waterstofbruggen(Afb. 1.8).
Ionische en waterstofbruggen, evenals hydrofobe interacties, zijn zwak: hun energie is niet veel hoger dan de energie van thermische beweging van moleculen bij kamertemperatuur. De conformatie van het eiwit wordt gehandhaafd door de vorming van veel van dergelijke zwakke bindingen. Omdat de atomen waaruit een eiwit bestaat voortdurend in beweging zijn, is het mogelijk sommige zwakke bindingen te verbreken en andere te vormen, wat leidt tot lichte bewegingen van individuele delen van de polypeptideketen. Deze eigenschap van eiwitten om de conformatie te veranderen als gevolg van het verbreken van sommige en het vormen van andere zwakke bindingen wordt genoemd conformationele labiliteit.
Het menselijk lichaam beschikt over ondersteunende systemen homeostase- constantheid van het interne milieu binnen bepaalde aanvaardbare grenzen voor een gezond lichaam. Onder homeostase-omstandigheden verstoren kleine veranderingen in de conformatie de algehele structuur en functie van eiwitten niet. De functioneel actieve conformatie van een eiwit wordt genoemd inheemse conformatie. Veranderingen in de interne omgeving (bijvoorbeeld de concentratie van glucose, Ca-ionen, protonen, enz.) leiden tot veranderingen in de conformatie en verstoring van eiwitfuncties.
De tertiaire structuur van sommige eiwitten is gestabiliseerd Disulfide verbindingen, gevormd als gevolg van de interactie van -SH-groepen van twee residuen
Rijst. 1.9. Vorming van een disulfidebinding in een eiwitmolecuul
cysteïne (Fig. 1.9). De meeste intracellulaire eiwitten hebben geen covalente disulfidebindingen in hun tertiaire structuur. Hun aanwezigheid is kenmerkend voor eiwitten die door de cel worden uitgescheiden, wat hun grotere stabiliteit in extracellulaire omstandigheden garandeert. Er zijn dus disulfidebindingen aanwezig in de moleculen van insuline en immunoglobulinen.
Insuline- een eiwithormoon dat wordt gesynthetiseerd in de β-cellen van de pancreas en wordt uitgescheiden in het bloed als reactie op een verhoging van de glucoseconcentratie in het bloed. In de structuur van insuline zijn er twee disulfidebindingen die de polypeptide A- en B-ketens verbinden, en één disulfidebinding binnen de A-keten (Fig. 1.10).
Rijst. 1.10. Disulfidebindingen in de structuur van insuline
5. Supersecundaire structuur van eiwitten. In eiwitten met verschillende primaire structuur en functies worden ze soms gedetecteerd vergelijkbare combinaties en relatieve posities van secundaire structuren, die supersecundaire structuur worden genoemd. Het neemt een tussenpositie in tussen de secundaire en tertiaire structuren, omdat het een specifieke combinatie is van elementen van de secundaire structuur bij de vorming van de tertiaire structuur van het eiwit. Supersecundaire structuren hebben specifieke namen, zoals ‘α-helix-turn-a-helix’, ‘leucineritssluiting’, ‘zinkvingers’, enz. Dergelijke supersecundaire structuren zijn kenmerkend voor DNA-bindende eiwitten.
"Leucine-ritssluiting." Dit type supersecundaire structuur wordt gebruikt om twee eiwitten met elkaar te verbinden. Op het oppervlak van interacterende eiwitten bevinden zich a-helixgebieden die ten minste vier leucineresiduen bevatten. Leucineresiduen in de α-helix bevinden zich zes aminozuren uit elkaar. Omdat elke winding van de α-helix 3,6 aminozuurresiduen bevat, bevinden zich leucineradicalen op het oppervlak van elke tweede winding. Leucineresiduen van de α-helix van één eiwit kunnen interageren met leucineresiduen van een ander eiwit (hydrofobe interacties), waardoor ze met elkaar worden verbonden (Fig. 1.11). Veel DNA-bindende eiwitten functioneren in oligomere complexen waar de individuele subeenheden met elkaar zijn verbonden door ‘leucineritsen’.
Rijst. 1.11. "Leucine-ritssluiting" tussen α-helixgebieden van twee eiwitten
Een voorbeeld van dergelijke eiwitten zijn histonen. Histonen- nucleaire eiwitten, die een groot aantal positief geladen aminozuren bevatten - arginine en lysine (tot 80%). Histone-moleculen worden gecombineerd tot oligomere complexen die acht monomeren bevatten met behulp van “leucine-ritssluitingen”, ondanks de significante gelijknamige lading van deze moleculen.
"Zinkvinger"- een variant van de supersecundaire structuur, kenmerkend voor DNA-bindende eiwitten, heeft de vorm van een langwerpig fragment op het oppervlak van het eiwit en bevat ongeveer 20 aminozuurresiduen (Fig. 1.12). De “uitgestrekte vinger”-vorm wordt ondersteund door een zinkatoom gebonden aan vier aminozuurradicalen: twee cysteïneresiduen en twee histidineresiduen. In sommige gevallen zijn er in plaats van histidineresiduen cysteïneresiduen. Twee dicht bij elkaar liggende cysteïneresiduen worden van de andere twee Gisili-residuen gescheiden door een Cys-sequentie bestaande uit ongeveer 12 aminozuurresiduen. Dit gebied van het eiwit vormt een α-helix, waarvan de radicalen specifiek kunnen binden aan de regulerende gebieden van de grote groef van DNA. Individuele bindingsspecificiteit
Rijst. 1.12. De primaire structuur van het gebied van DNA-bindende eiwitten die de ‘zinkvinger’-structuur vormen (de letters geven de aminozuren aan waaruit deze structuur bestaat)
Het regulerende DNA-bindende eiwit hangt af van de sequentie van aminozuurresiduen die zich in het zinkvingergebied bevinden. Dergelijke structuren bevatten met name receptoren voor steroïde hormonen die betrokken zijn bij de regulatie van transcriptie (het lezen van informatie van DNA naar RNA).
ONDERWERP 1.2. BASIS VAN EIWITWERKING. DRUGS ALS LIGANDEN DIE DE EIWITFUNCTIE BEÏNVLOEDEN
1. Het actieve centrum van het eiwit en zijn interactie met het ligand. Tijdens de vorming van de tertiaire structuur wordt een gebied gevormd op het oppervlak van een functioneel actief eiwit, meestal in een uitsparing, gevormd door aminozuurradicalen die ver van elkaar verwijderd zijn in de primaire structuur. Dit gebied, dat een unieke structuur heeft voor een bepaald eiwit en in staat is om specifiek een interactie aan te gaan met een bepaald molecuul of een groep vergelijkbare moleculen, wordt de eiwit-ligand-bindingsplaats of actieve plaats genoemd. Liganden zijn moleculen die interageren met eiwitten.
Hoge specificiteit De interactie van het eiwit met het ligand wordt verzekerd door de complementariteit van de structuur van het actieve centrum met de structuur van het ligand.
Complementariteit- dit is de ruimtelijke en chemische correspondentie van op elkaar inwerkende oppervlakken. Het actieve centrum moet niet alleen ruimtelijk overeenkomen met het ligand dat het bevat, maar er moeten ook bindingen (ionische, waterstof- en hydrofobe interacties) worden gevormd tussen de functionele groepen van de radicalen die zich in het actieve centrum bevinden en het ligand, dat het ligand vasthoudt. in het actieve centrum (Fig. 1.13).
Rijst. 1.13. Complementaire interactie van eiwit met ligand
Sommige liganden spelen, wanneer ze aan het actieve centrum van een eiwit zijn bevestigd, een ondersteunende rol bij het functioneren van eiwitten. Dergelijke liganden worden cofactoren genoemd, en eiwitten die een niet-eiwitgedeelte bevatten worden genoemd complexe eiwitten(in tegenstelling tot eenvoudige eiwitten, die alleen uit het eiwitgedeelte bestaan). Het niet-eiwitgedeelte, stevig verbonden met het eiwit, wordt genoemd prothetische groep. Myoglobine, hemoglobine en cytochromen bevatten bijvoorbeeld een prothetische groep, heem, die een ijzerion bevat, stevig vastgemaakt aan het actieve centrum. Complexe eiwitten die heem bevatten, worden heemeiwitten genoemd.
Wanneer specifieke liganden aan eiwitten worden gehecht, komt de functie van deze eiwitten tot uiting. Aldus vertoont albumine, het belangrijkste eiwit in bloedplasma, zijn transportfunctie door hydrofobe liganden, zoals vetzuren, bilirubine, sommige medicijnen, enz. aan het actieve centrum te hechten (Fig. 1.14).
Liganden die interageren met de driedimensionale structuur van de peptideketen kunnen niet alleen laagmoleculaire organische en anorganische moleculen zijn, maar ook macromoleculen:
DNA (voorbeelden met hierboven besproken DNA-bindende eiwitten);
Polysachariden;
Rijst. 1.14. Verband tussen genotype en fenotype
De unieke primaire structuur van menselijke eiwitten, gecodeerd in het DNA-molecuul, wordt in cellen gerealiseerd in de vorm van een unieke conformatie, actieve centrumstructuur en eiwitfuncties
In deze gevallen herkent het eiwit een specifiek gebied van het ligand dat evenredig is aan en complementair is aan de bindingsplaats. Op het oppervlak van de hepatocyten bevinden zich dus receptoreiwitten voor het hormoon insuline, dat ook een eiwitstructuur heeft. De interactie van insuline met de receptor veroorzaakt een verandering in de conformatie en activering van signaalsystemen, wat leidt tot de opslag van voedingsstoffen in hepatocyten na de maaltijd.
Dus, De werking van eiwitten is gebaseerd op de specifieke interactie van het actieve centrum van het eiwit met het ligand.
2. Domeinstructuur en zijn rol in het functioneren van eiwitten. Lange polypeptideketens van bolvormige eiwitten vouwen zich vaak op in verschillende compacte, relatief onafhankelijke gebieden. Ze hebben een onafhankelijke tertiaire structuur, die doet denken aan die van bolvormige eiwitten, en worden genoemd domeinen. Dankzij de domeinstructuur van eiwitten is hun tertiaire structuur gemakkelijker te vormen.
Bij domeineiwitten bevinden de ligandbindingsplaatsen zich vaak tussen domeinen. Trypsine is dus een proteolytisch enzym dat wordt geproduceerd door het exocriene deel van de pancreas en noodzakelijk is voor de vertering van voedingseiwitten. Het heeft een structuur met twee domeinen en het bindingscentrum van trypsine met zijn ligand - voedseleiwit - bevindt zich in de groef tussen de twee domeinen. In het actieve centrum worden de omstandigheden gecreëerd die nodig zijn voor effectieve binding van een specifieke plaats van voedseleiwit en hydrolyse van de peptidebindingen ervan.
Verschillende domeinen in een eiwit kunnen ten opzichte van elkaar bewegen wanneer het actieve centrum een interactie aangaat met het ligand (Fig. 1.15).
Hexokinase- een enzym dat de fosforylering van glucose katalyseert met behulp van ATP. De actieve plaats van het enzym bevindt zich in de kloof tussen de twee domeinen. Wanneer hexokinase zich aan glucose bindt, sluiten de omringende domeinen zich en raakt het substraat gevangen, waar fosforylatie plaatsvindt (zie figuur 1.15).
Rijst. 1.15. Binding van hexokinasedomeinen aan glucose
In sommige eiwitten vervullen domeinen onafhankelijke functies door zich aan verschillende liganden te binden. Dergelijke eiwitten worden multifunctioneel genoemd.
3. Geneesmiddelen zijn liganden die de functie van eiwitten beïnvloeden. De interactie van eiwitten met liganden is specifiek. Vanwege de conformationele labiliteit van het eiwit en zijn actieve centrum is het echter mogelijk om een andere stof te selecteren die ook een interactie zou kunnen aangaan met het eiwit in het actieve centrum of een ander deel van het molecuul.
Een stof die qua structuur vergelijkbaar is met een natuurlijk ligand, wordt genoemd structureel analoog van het ligand of een niet-natuurlijk ligand. Het interageert ook met het eiwit op de actieve plaats. Een structureel analoog van een ligand kan beide de eiwitfunctie verbeteren (agonist), en verminder het (antagonist). Het ligand en zijn structurele analogen concurreren met elkaar om binding aan het eiwit op dezelfde plaats. Dergelijke stoffen worden genoemd competitieve modulatoren(regulatoren) van eiwitfuncties. Veel medicijnen werken als eiwitremmers. Sommigen van hen worden verkregen door chemische modificatie van natuurlijke liganden. Remmers van eiwitfuncties kunnen medicijnen en vergiften zijn.
Atropine is een competitieve remmer van M-cholinerge receptoren. Acetylcholine is een neurotransmitter voor de overdracht van zenuwimpulsen via cholinerge synapsen. Om excitatie uit te voeren moet acetylcholine dat vrijkomt in de synaptische spleet een interactie aangaan met het receptoreiwit van het postsynaptische membraan. Twee soorten gevonden cholinerge receptoren:
M-receptor naast acetylcholine werkt het selectief samen met muscarine (vliegenzwamtoxine). M - cholinerge receptoren zijn aanwezig op gladde spieren en veroorzaken, bij interactie met acetylcholine, hun samentrekking;
H-receptor specifiek binden aan nicotine. N-cholinerge receptoren worden aangetroffen in de synapsen van dwarsgestreepte skeletspieren.
Specifieke remmer M-cholinerge receptoren is atropine. Het wordt aangetroffen in belladonna- en bilzekruidplanten.
Atropine heeft functionele groepen die qua structuur vergelijkbaar zijn met acetylcholine en hun ruimtelijke ordening, en daarom is het een competitieve remmer van M-cholinerge receptoren. Aangezien de binding van acetylcholine aan M-cholinerge receptoren samentrekking van gladde spieren veroorzaakt, wordt atropine gebruikt als een geneesmiddel dat de spasmen ervan verlicht. (krampstillend). Het is dus bekend om atropine te gebruiken om de oogspieren te ontspannen bij het bekijken van de fundus, en om spasmen tijdens maag-darmkoliek te verlichten. M-cholinerge receptoren zijn ook aanwezig in de centrale receptoren zenuwstelsel(CZS), daarom kunnen hoge doses atropine een ongewenste reactie van het centrale zenuwstelsel veroorzaken: motorische en mentale agitatie, hallucinaties, convulsies.
Ditilin is een competitieve agonist van H-cholinerge receptoren en remt de functie van neuromusculaire synapsen.
Neuromusculaire synapsen van skeletspieren bevatten H-cholinerge receptoren. Hun interactie met acetylcholine leidt tot spiersamentrekkingen. Tijdens sommige chirurgische ingrepen, maar ook bij endoscopische onderzoeken, worden medicijnen gebruikt die ontspanning van de skeletspieren veroorzaken (spierverslappers). Deze omvatten dithiline, een structureel analoog van acetylcholine. Het hecht zich aan H-cholinergische receptoren, maar wordt, in tegenstelling tot acetylcholine, zeer langzaam vernietigd door het enzym acetylcholinesterase. Als gevolg van langdurige opening van ionkanalen en aanhoudende depolarisatie van het membraan wordt de geleiding van zenuwimpulsen verstoord en treedt spierontspanning op. Aanvankelijk werden deze eigenschappen ontdekt in curare-gif, daarom worden dergelijke medicijnen genoemd curare-achtig.
ONDERWERP 1.3. DENATURATIE VAN EIWITTEN EN DE MOGELIJKHEID VAN HUN SPONTANE RENATIVATIE
1. Omdat de natieve conformatie van eiwitten behouden blijft als gevolg van zwakke interacties, veroorzaken veranderingen in de samenstelling en eigenschappen van de omgeving rondom het eiwit, blootstelling aan chemische reagentia en fysieke factoren een verandering in hun conformatie (de eigenschap van conformationele labiliteit). Het verbreken van een groot aantal bindingen leidt tot de vernietiging van de natieve conformatie en denaturatie van eiwitten.
Denaturatie van eiwitten- dit is de vernietiging van hun natieve conformatie onder invloed van denaturerende middelen, veroorzaakt door het verbreken van zwakke bindingen die de ruimtelijke structuur van het eiwit stabiliseren. Denaturatie gaat gepaard met de vernietiging van de unieke driedimensionale structuur en het actieve centrum van het eiwit en het verlies van zijn biologische activiteit (Fig. 1.16).
Alle gedenatureerde moleculen van één eiwit verwerven een willekeurige conformatie die verschilt van andere moleculen van hetzelfde eiwit. De aminozuurradicalen die het actieve centrum vormen blijken ruimtelijk ver van elkaar verwijderd te zijn, d.w.z. de specifieke bindingsplaats van het eiwit met het ligand wordt vernietigd. Tijdens denaturatie blijft de primaire structuur van eiwitten onveranderd.
Toepassing van denaturerende middelen in biologisch onderzoek en geneeskunde. In biochemische onderzoeken worden eiwitten meestal eerst uit de oplossing verwijderd voordat verbindingen met een laag molecuulgewicht in biologisch materiaal worden bepaald. Hiervoor wordt meestal trichloorazijnzuur (TCA) gebruikt. Na het toevoegen van TCA aan de oplossing slaan gedenatureerde eiwitten neer en worden deze gemakkelijk verwijderd door filtratie (Tabel 1.1).
In de geneeskunde worden denaturerende middelen vaak gebruikt om medische instrumenten en materialen in autoclaven te steriliseren (denatureermiddel is op hoge temperatuur) en als antiseptica (alcohol, fenol, chlooramine) voor de behandeling van vervuilde oppervlakken die pathogene microflora bevatten.
2. Spontane eiwitreactivering- bewijs van het determinisme van de primaire structuur, conformatie en functie van eiwitten. Individuele eiwitten zijn producten van één gen die een identieke aminozuursequentie hebben en dezelfde conformatie in de cel verwerven. De fundamentele conclusie dat de primaire structuur van een eiwit al informatie bevat over de conformatie en functie ervan, werd getrokken op basis van het vermogen van sommige eiwitten (in het bijzonder ribonuclease en myoglobine) om spontaan te reactiveren - hun oorspronkelijke conformatie te herstellen na denaturatie.
De vorming van ruimtelijke eiwitstructuren wordt uitgevoerd door de methode van zelfassemblage - een spontaan proces waarbij een polypeptideketen, die een unieke primaire structuur heeft, de neiging heeft een conformatie aan te nemen met de laagste vrije energie in oplossing. Het vermogen om eiwitten te renativeren die na denaturatie hun primaire structuur behouden, werd beschreven in een experiment met het enzym ribonuclease.
Ribonuclease is een enzym dat de bindingen tussen individuele nucleotiden in een RNA-molecuul afbreekt. Dit bolvormige eiwit heeft één polypeptideketen, waarvan de tertiaire structuur wordt gestabiliseerd door vele zwakke en vier disulfidebindingen.
Behandeling van ribonuclease met ureum, dat waterstofbruggen in het molecuul verbreekt, en een reductiemiddel, dat disulfidebindingen verbreekt, leidt tot denaturatie van het enzym en verlies van zijn activiteit.
Verwijdering van denaturerende middelen door dialyse leidt tot herstel van de eiwitconformatie en -functie, d.w.z. tot wedergeboorte. (Afb. 1.17).
Rijst. 1.17. Denaturatie en renativatie van ribonuclease
A - natieve conformatie van ribonuclease, in de tertiaire structuur waarvan er vier disulfidebindingen zijn; B - gedenatureerd ribonucleasemolecuul;
B - gereactiveerd ribonucleasemolecuul met herstelde structuur en functie
1. Vul tabel 1.2 in.
Tabel 1.2. Classificatie van aminozuren volgens de polariteit van radicalen
2. Schrijf de formule van het tetrapeptide:
Asp - Pro - Ven - Liz
a) benadruk de zich herhalende groepen in het peptide die de peptideskelet vormen en de variabele groepen die worden weergegeven door aminozuurradicalen;
b) label de N- en C-termini;
c) markeer de peptidebindingen;
d) schrijf een ander peptide dat uit dezelfde aminozuren bestaat;
e) tel het aantal mogelijke varianten van een tetrapeptide met een vergelijkbare aminozuursamenstelling.
3. Leg de rol van de primaire structuur van eiwitten uit aan de hand van het voorbeeld van een vergelijkende analyse van twee structureel vergelijkbare en evolutionair nauwe peptidehormonen van de neurohypofyse van zoogdieren: oxytocine en vasopressine (Tabel 1.3).
Tabel 1.3. Structuur en functies van oxytocine en vasopressine
Voor deze:
a) vergelijk de samenstelling en aminozuursequentie van twee peptiden;
b) de gelijkenis van de primaire structuur van de twee peptiden en de gelijkenis van hun biologische werking vinden;
c) verschillen in de structuur van twee peptiden en verschillen in hun functies vinden;
d) een conclusie trekken over de invloed van de primaire structuur van peptiden op hun functies.
4. Beschrijf de belangrijkste stadia van de vorming van de conformatie van bolvormige eiwitten (secundaire, tertiaire structuren, het concept van supersecundaire structuur). Geef aan welke soorten bindingen betrokken zijn bij de vorming van eiwitstructuren. Welke aminozuurradicalen kunnen deelnemen aan de vorming van hydrofobe interacties, ionische waterstofbruggen.
Geef voorbeelden.
5. Definieer het concept van "conformationele labiliteit van eiwitten", geef de redenen voor het bestaan en de betekenis ervan aan.
6. Breid de betekenis van de volgende zin uit: "Het functioneren van eiwitten is gebaseerd op hun specifieke interactie met het ligand", waarbij u de termen gebruikt en hun betekenis uitlegt: eiwitconformatie, actief centrum, ligand, complementariteit, eiwitfunctie.
7. Leg aan de hand van een voorbeeld uit wat domeinen zijn en wat hun rol is in het functioneren van eiwitten.
ZELFCONTROLETAKEN
1. Overeenkomst.
Functionele groep in aminozuurradicaal:
A. Carboxylgroep B. Hydroxylgroep C Guanidinegroep D. Thiolgroep E. Aminogroep
2. Kies de correcte antwoorden.
Aminozuren met polaire ongeladen radicalen zijn:
A. Cis B. Asn
B. Glu G. Drie
3. Kies de correcte antwoorden.
Aminozuurradicalen:
A. Zorg voor specificiteit van de primaire structuur. B. Neem deel aan de vorming van de tertiaire structuur
B. Gelegen op het oppervlak van het eiwit, beïnvloeden ze de oplosbaarheid ervan. D. Vormen het actieve centrum
D. Neem deel aan de vorming van peptidebindingen
4. Kies de correcte antwoorden.
Hydrofobe interacties kunnen ontstaan tussen aminozuurradicalen:
A. Tre Lay B. Pro Drie
B. Met Ile G. Tir Ala D. Val Fen
5. Kies de correcte antwoorden.
Ionische bindingen kunnen ontstaan tussen aminozuurradicalen:
A. Gln Asp B. Apr Liz
B. Liz Glu G. Gis Asp D. Asn april
6. Kies de correcte antwoorden.
Er kunnen waterstofbruggen ontstaan tussen aminozuurradicalen:
A. Ser Gin B. Cis Tre
B. Asp Liz G. Glu Asp D. Asn Tre
7. Overeenkomst.
Type binding betrokken bij de vorming van de eiwitstructuur:
A. Primaire structuur B. Secundaire structuur
B. Tertiaire structuur
D. Supersecundaire structuur E. Conformatie.
1. Waterstofbruggen tussen atomen van de peptideskelet
2. Zwakke bindingen tussen functionele groepen aminozuurradicalen
3. Bindingen tussen α-amino- en α-carboxylgroepen van aminozuren
8. Kies de correcte antwoorden. Trypsine:
A. Proteolytisch enzym B. Bevat twee domeinen
B. Hydrolyseert zetmeel
D. De actieve site bevindt zich tussen de domeinen. D. Bestaat uit twee polypeptideketens.
9. Kies de correcte antwoorden. Atropine:
A. Neurotransmitter
B. Structureel analoog van acetylcholine
B. Interageert met H-cholinerge receptoren
D. Versterkt de geleiding van zenuwimpulsen via cholinerge synapsen
D. Competitieve remmer van M-cholinerge receptoren
10. Kies de juiste uitspraken. Bij eiwitten:
A. De primaire structuur bevat informatie over de structuur van de actieve site
B. Het actieve centrum wordt gevormd op het niveau van de primaire structuur
B. De conformatie wordt stevig gefixeerd door covalente bindingen
D. De actieve plaats kan interageren met een groep vergelijkbare liganden
vanwege de conformationele labiliteit van eiwitten D. Veranderingen in de omgeving kunnen de affiniteit van de actieve stof beïnvloeden
centrum naar ligand
1. 1-B, 2-G, 3-B.
3. A, B, C, D.
7. 1-B, 2-D, 3-A.
8. A, B, C, D.
BASISVOORWAARDEN EN CONCEPTEN
1. Eiwit, polypeptide, aminozuren
2. Primaire, secundaire, tertiaire eiwitstructuren
3. Conformatie, natuurlijke eiwitconformatie
4. Covalente en zwakke bindingen in eiwitten
5. Conformationele labiliteit
6. Eiwitactieve plaats
7. Liganden
8. Eiwitvouwing
9. Structurele analogen van liganden
10. Domeineiwitten
11. Eenvoudige en complexe eiwitten
12. Denaturatie van eiwitten, denaturerende middelen
13. Reactivering van eiwitten
Problemen oplossen
“Structurele organisatie van eiwitten en de basis van hun functioneren”
1. De belangrijkste functie van het eiwit - hemoglobine A (HbA) is het transport van zuurstof naar weefsels. In de menselijke populatie zijn meerdere vormen van dit eiwit bekend met veranderde eigenschappen en functie: de zogenaamde abnormale hemoglobines. Hemoglobine S, aangetroffen in de rode bloedcellen van patiënten met sikkelcelziekte (HbS), blijkt bijvoorbeeld een lage oplosbaarheid te hebben onder omstandigheden van lage partiële zuurstofdruk (zoals het geval is in veneus bloed). Dit leidt tot de vorming van aggregaten van dit eiwit. Het eiwit verliest zijn functie, slaat neer en de rode bloedcellen krijgen een onregelmatige vorm (sommige hebben de vorm van een sikkel) en worden sneller dan normaal vernietigd in de milt. Als gevolg hiervan ontstaat sikkelcelanemie.
Het enige verschil in de primaire structuur van HbA werd gevonden in het N-terminale gebied van de β-keten van hemoglobine. Vergelijk de N-terminale gebieden van de β-streng en laat zien hoe veranderingen in de primaire structuur van het eiwit de eigenschappen en functies ervan beïnvloeden.
Voor deze:
a) schrijf de formules van aminozuren waarmee HbA verschilt en vergelijk de eigenschappen van deze aminozuren (polariteit, lading).
b) een conclusie trekken over de reden voor de afname van de oplosbaarheid en verstoring van het zuurstoftransport naar weefsels.
2. De figuur toont een diagram van de structuur van een eiwit dat een bindingscentrum heeft met een ligand (actief centrum). Leg uit waarom het eiwit selectief is in de keuze van het ligand. Voor deze:
a) onthoud wat het actieve centrum van een eiwit is en beschouw de structuur van het actieve centrum van het eiwit, weergegeven in de figuur;
b) schrijf de formules van de aminozuurradicalen waaruit het actieve centrum bestaat;
c) teken een ligand die specifiek zou kunnen interageren met de actieve plaats van het eiwit. Geef daarop de functionele groepen aan die bindingen kunnen vormen met de aminozuurradicalen waaruit het actieve centrum bestaat;
d) geef de typen bindingen aan die ontstaan tussen de ligand- en aminozuurradicalen van het actieve centrum;
e) uitleggen waarop de specificiteit van eiwit-ligand-interactie is gebaseerd.
3.
De figuur toont de actieve plaats van het eiwit en verschillende liganden.
Bepaal welk ligand het meest waarschijnlijk een interactie aangaat met de actieve plaats van het eiwit en waarom.
Welke soorten bindingen ontstaan tijdens de vorming van een eiwit-ligandcomplex?
4. Structurele analogen van natuurlijke eiwitliganden kunnen worden gebruikt als medicijnen om de activiteit van eiwitten te wijzigen.
Acetylcholine is een mediator van excitatietransmissie bij neuromusculaire synapsen. Wanneer acetylcholine interageert met eiwitten - receptoren van het postsynaptische membraan van skeletspieren, gaan ionkanalen open en treedt spiercontractie op. Ditilin is een geneesmiddel dat bij sommige operaties wordt gebruikt om de spieren te ontspannen, omdat het de overdracht van zenuwimpulsen via neuromusculaire synapsen verstoort. Leg het werkingsmechanisme van ditiline als spierverslapper uit. Voor deze:
a) schrijf de formules van acetylcholine en dithiline en vergelijk hun structuren;
b) beschrijf het mechanisme van het ontspannende effect van ditiline.
5. Bij sommige ziekten stijgt de lichaamstemperatuur van de patiënt, wat wordt beschouwd als een beschermende reactie van het lichaam. Hoge temperaturen zijn echter schadelijk voor lichaamseiwitten. Leg uit waarom bij temperaturen boven de 40 °C de functie van eiwitten wordt verstoord en er een bedreiging voor het menselijk leven ontstaat. Om dit te doen, onthoud:
1) De structuur van eiwitten en de bindingen die de structuur ervan behouden in de natieve conformatie;
2) Hoe verandert de structuur en functie van eiwitten bij toenemende temperatuur?;
3) Wat is homeostase en waarom is het belangrijk voor het behoud van de menselijke gezondheid.
Modulaire eenheid 2 OLIGOMERICK-EIWITTEN ALS DOELSTELLINGEN VAN REGELGEVENDE INVLOEDEN. STRUCTURELE EN FUNCTIONELE DIVERSITEIT VAN EIWITTEN. METHODEN VOOR SCHEIDING EN ZUIVERING VAN EIWITTEN
Leerdoelen In staat zijn om:
1. Gebruik kennis over de kenmerken van de structuur en functies van oligomere eiwitten om de adaptieve mechanismen van regulering van hun functies te begrijpen.
2. Verklaar de rol van chaperonnes in de synthese en het onderhoud van eiwitconformatie onder cellulaire omstandigheden.
3. Verklaar de verscheidenheid aan manifestaties van het leven aan de hand van de verscheidenheid aan structuren en functies van eiwitten die in het lichaam worden gesynthetiseerd.
4. Analyseer de relatie tussen de structuur van eiwitten en hun functie met behulp van vergelijkingsvoorbeelden van verwante hemoproteïnen - myoglobine en hemoglobine, evenals vertegenwoordigers van de vijf klassen eiwitten van de immunoglobulinefamilie.
5. Kennis over de eigenaardigheden van de fysische en chemische eigenschappen van eiwitten toepassen om methoden te selecteren voor hun zuivering van andere eiwitten en onzuiverheden.
6. Interpreteer de resultaten van de kwantitatieve en kwalitatieve samenstelling van bloedplasma-eiwitten om de klinische diagnose te bevestigen of te verduidelijken.
Weten:
1. Kenmerken van de structuur van oligomere eiwitten en adaptieve mechanismen voor het reguleren van hun functies aan de hand van het voorbeeld van hemoglobine.
2. De structuur en functies van chaperonnes en hun belang voor het behouden van de natieve conformatie van eiwitten onder cellulaire omstandigheden.
3. Principes van het combineren van eiwitten in families op basis van de gelijkenis van hun conformatie en functies, waarbij gebruik wordt gemaakt van het voorbeeld van immunoglobulinen.
4. Methoden voor het scheiden van eiwitten op basis van de kenmerken van hun fysisch-chemische eigenschappen.
5. Elektroforese van bloedplasma als methode voor het beoordelen van de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van eiwitten.
ONDERWERP 1.4. KENMERKEN VAN DE STRUCTUUR EN WERKING VAN OLIGOMERE EIWITTEN MET BEHULP VAN HET VOORBEELD VAN HEMOGLOBINE
1. Veel eiwitten bevatten verschillende polypeptideketens. Dergelijke eiwitten worden genoemd oligomeer, en individuele ketens - promotors. Protomeren in oligomere eiwitten zijn verbonden door vele zwakke niet-covalente bindingen (hydrofoob, ionisch, waterstof). Interactie
promotors worden uitgevoerd dankzij complementariteit hun contactoppervlakken.
Het aantal protomeren in oligomere eiwitten kan sterk variëren: hemoglobine bevat 4 protomeren, het enzym aspartaataminotransferase heeft 12 protomeren en het tabaksmozaïekviruseiwit bevat 2120 protomeren verbonden door niet-covalente bindingen. Bijgevolg kunnen oligomere eiwitten zeer hoge molecuulgewichten hebben.
De interactie van één protomeer met andere kan worden beschouwd als een speciaal geval van eiwit-ligand-interactie, aangezien elk protomeer dient als ligand voor andere protomeren. Het aantal en de manier waarop protomeren in een eiwit worden samengevoegd, wordt genoemd quaternaire eiwitstructuur.
Eiwitten kunnen protomeren met dezelfde of verschillende structuren bevatten. Homodimeren zijn bijvoorbeeld eiwitten die twee identieke protomeren bevatten, en heterodimeren zijn eiwitten die twee verschillende protomeren bevatten.
Als eiwitten verschillende protomeren bevatten, kunnen daarop bindingscentra met verschillende liganden worden gevormd die qua structuur verschillen. Wanneer een ligand zich aan de actieve plaats bindt, komt de functie van dit eiwit tot uiting. Een centrum dat zich op een ander protomeer bevindt, wordt allosterisch genoemd (anders dan het actieve). Contact opnemen allosterische ligand of effector, hij vervult regulerende functie(Afb. 1.18). De interactie van het allosterische centrum met de effector veroorzaakt conformationele veranderingen in de structuur van het gehele oligomere eiwit vanwege zijn conformationele labiliteit. Dit beïnvloedt de affiniteit van de actieve plaats voor een specifiek ligand en reguleert de functie van dat eiwit. Een verandering in de conformatie en functie van alle protomeren tijdens de interactie van een oligomeer eiwit met ten minste één ligand wordt coöperatieve conformationele veranderingen genoemd. Effectoren die de eiwitfunctie verbeteren worden genoemd activatoren, en effectoren die de functie ervan remmen - remmers.
Zo hebben oligomere eiwitten, evenals eiwitten met een domeinstructuur, een nieuwe eigenschap vergeleken met monomere eiwitten: het vermogen om functies allosterisch te reguleren (regulatie door verschillende liganden aan het eiwit te hechten). Dit kan worden gezien door de structuren en functies van twee nauw verwante complexe eiwitten, myoglobine en hemoglobine, te vergelijken.
Rijst. 1.18. Schema van de structuur van een dimeer eiwit
2. Vorming van ruimtelijke structuren en werking van myoglobine.
Myoglobine (Mb) is een eiwit dat voorkomt in de rode spieren en waarvan de belangrijkste functie het creëren van O2-reserves is die nodig zijn voor intensief spierwerk. Mb is een complex eiwit dat een eiwitdeel bevat - apoMb en een niet-eiwitdeel - heem. De primaire structuur van apoMB bepaalt de compacte bolvormige conformatie en de structuur van het actieve centrum, waaraan het niet-eiwitgedeelte van myoglobine, heem, is gehecht. Zuurstof die vanuit het bloed naar de spieren komt, bindt zich aan Fe+ 2 heem in myoglobine. Mb is een monomeer eiwit met een zeer hoge affiniteit voor O 2, daarom vindt de afgifte van zuurstof door myoglobine alleen plaats tijdens intensief spierwerk, wanneer de partiële druk van O 2 scherp afneemt.
Vorming van de Mv-conformatie. In rode spieren, op ribosomen tijdens translatie, wordt de primaire structuur van MB gesynthetiseerd, weergegeven door een specifieke sequentie van 153 aminozuurresiduen. De secundaire structuur van Mb bevat acht α-helices, in Latijnse letters van A tot H genoemd, waartussen zich niet-helixgebieden bevinden. De tertiaire structuur van Mb heeft de vorm van een compact bolletje, in de uitsparing waarvan het actieve centrum zich tussen de F- en E α-helices bevindt (Fig. 1.19).
Rijst. 1.19. Myoglobine structuur
3. Kenmerken van de structuur en werking van het actieve centrum van MV. Het actieve centrum van Mb wordt voornamelijk gevormd door hydrofobe aminozuurradicalen, die in de primaire structuur ver van elkaar verwijderd zijn (bijvoorbeeld Tri 3 9 en Fen 138) Slecht oplosbaar in water liganden - heem en O 2 - hechten zich aan het actieve centrum. Heme is een specifiek ligand van apoMB (Fig. 1.20), waarvan de basis bestaat uit vier pyrroolringen verbonden door methenylbruggen; in het midden bevindt zich een Fe+2-atoom dat via vier coördinatiebindingen met de stikstofatomen van de pyrroolringen is verbonden. In het actieve centrum van Mb bevinden zich naast hydrofobe aminozuurradicalen ook resten van twee aminozuren met hydrofiele radicalen: Gis E 7(Gis 64) en GIS F8(Zijn 93) (Fig. 1.21).
Rijst. 1.20. De structuur van heem - het niet-eiwitgedeelte van myoglobine en hemoglobine
Rijst. 1.21. Locatie van heem en O2 in de actieve plaats van apomyoglobine en hemoglobineprotomeren
Heme is covalent gebonden aan His F8 via een ijzeratoom. O 2 hecht zich aan het strijkijzer aan de andere kant van het heemvlak. Zijn E 7 is nodig voor de juiste oriëntatie van O 2 en vergemakkelijkt de toevoeging van zuurstof aan Fe + 2 heem
GIS F8 vormt een coördinatiebinding met Fe+ 2 en fixeert heem stevig in het actieve centrum. Gis E 7 noodzakelijk voor correcte oriëntatie in het actieve centrum van een ander ligand - O 2 tijdens zijn interactie met Fe + 2 heem. De micro-omgeving van heem creëert omstandigheden voor sterke maar omkeerbare binding van O 2 aan Fe + 2 en voorkomt dat water de hydrofobe actieve plaats binnendringt, wat kan leiden tot oxidatie tot Fe + 3.
De monomere structuur van Mb en zijn actieve centrum bepalen de hoge affiniteit van het eiwit voor O 2.
4. Oligomere structuur van Hb en regulering van de affiniteit van Hb voor O 2-liganden. Menselijke hemoglobines- een familie van eiwitten, zoals myoglobine, gerelateerd aan complexe eiwitten (hemoproteïnen). Ze hebben een tetramere structuur en bevatten twee α-ketens, maar verschillen in de structuur van de andere twee polypeptideketens (2α-, 2x-ketens). De structuur van de tweede polypeptideketen bepaalt de kenmerken van het functioneren van deze vormen van Hb. Ongeveer 98% van de hemoglobine in de rode bloedcellen van een volwassene is dat wel hemoglobine A(2a-, 2p-ketens).
Tijdens de ontwikkeling van de foetus functioneren twee hoofdtypen hemoglobine: embryonaal Hb(2α, 2ε), dat wordt aangetroffen in de vroege stadia van de ontwikkeling van de foetus, en hemoglobine F (foetaal)- (2α, 2γ), dat de vroege foetale hemoglobine vervangt in de zesde maand van de intra-uteriene ontwikkeling en pas na de geboorte wordt vervangen door Hb A.
HB A is een eiwit gerelateerd aan myoglobine (MB) dat wordt aangetroffen in rode bloedcellen van volwassen mensen. De structuur van de individuele protomeren is vergelijkbaar met die van myoglobine. De secundaire en tertiaire structuren van myoglobine- en hemoglobineprotomeren lijken sterk op elkaar, ondanks het feit dat in de primaire structuur van hun polypeptideketens slechts 24 aminozuurresiduen identiek zijn (de secundaire structuur van hemoglobineprotomeren bevat, net als myoglobine, acht α-helices, aangegeven met Latijnse letters van A tot H, en de tertiaire structuur heeft de vorm van een compact bolletje). Maar in tegenstelling tot myoglobine heeft hemoglobine een oligomere structuur, bestaande uit vier polypeptideketens die met elkaar zijn verbonden door niet-covalente bindingen (Figuur 1.22).
Elk Hb-protomeer is geassocieerd met een niet-eiwitdeel: heem- en aangrenzende protomeren. De verbinding van het eiwitdeel van Hb met heem is vergelijkbaar met die van myoglobine: in het actieve centrum van het eiwit zijn de hydrofobe delen van de heem omgeven door hydrofobe aminozuurradicalen met uitzondering van His F 8 en His E 7, die zich aan beide zijden van het heemvlak bevinden en een vergelijkbare rol spelen bij het functioneren van het eiwit en de binding ervan met zuurstof (zie structuur van myoglobine).
Rijst. 1.22. Oligomere structuur van hemoglobine
Daarnaast, Gis E 7 voert een belangrijke uit extra rol in de werking van Nv. Vrije heem heeft een 25.000 keer hogere affiniteit voor CO dan voor O2. CO wordt in kleine hoeveelheden in het lichaam gevormd en kan, gezien de hoge affiniteit voor heem, het transport van O 2 dat nodig is voor het celleven verstoren. In de samenstelling van hemoglobine overschrijdt de affiniteit van heem voor koolmonoxide echter de affiniteit voor O 2 met slechts 200 keer vanwege de aanwezigheid van His E 7 in het actieve centrum. De rest van dit aminozuur creëert optimale omstandigheden voor de binding van heem aan O 2 en verzwakt de interactie van heem met CO.
5. De belangrijkste functie van HB is het transport van O2 van de longen naar de weefsels. In tegenstelling tot monomeer myoglobine, dat een zeer hoge affiniteit voor O2 heeft en de functie vervult van het opslaan van zuurstof in de rode spieren, zorgt de oligomere structuur van hemoglobine voor:
1) snelle verzadiging van HB met zuurstof in de longen;
2) het vermogen van HB om zuurstof in weefsels vrij te geven bij een relatief hoge partiële O2-druk (20-40 mm Hg);
3) de mogelijkheid om de affiniteit van Hb voor O 2 te reguleren.
6. Coöperatieve veranderingen in de conformatie van hemoglobineprotomeren versnellen de binding van O2 in de longen en de afgifte ervan in weefsels. In de longen bevordert de hoge partiële O2-druk de binding ervan aan Hb op de actieve plaats van vier protomeren (2α en 2β). Het actieve centrum van elk protomeer bevindt zich, net als bij myoglobine, tussen twee α-helices (F en E) in een hydrofobe pocket. Het bevat een niet-eiwitdeel - heem, dat aan het eiwitdeel is gehecht door vele zwakke hydrofobe interacties en één sterke binding tussen Fe 2 + heem en His F 8 (zie figuur 1.21).
In deoxyhemoglobine steekt het Fe 2+-atoom vanwege deze binding met His F 8 uit het heemvlak richting histidine. De binding van O 2 aan Fe 2 + vindt plaats aan de andere kant van de heem in het His E 7-gebied met behulp van een enkele vrije coördinatiebinding. Zijn E 7 biedt optimale omstandigheden voor de binding van O 2 aan heemijzer.
De toevoeging van O 2 aan het Fe + 2-atoom van één protomeer veroorzaakt de beweging ervan naar het heemvlak, gevolgd door het daarmee verbonden histidineresidu
Rijst. 1.23. Verandering in de conformatie van het hemoglobineprotomeer in combinatie met O 2
Dit leidt tot een verandering in de conformatie van alle polypeptideketens vanwege hun conformationele labiliteit. Het veranderen van de conformatie van andere ketens vergemakkelijkt hun interactie met daaropvolgende O 2 -moleculen.
Het vierde O 2 -molecuul hecht zich 300 keer gemakkelijker aan hemoglobine dan het eerste (fig. 1.24).
Rijst. 1.24. Coöperatieve veranderingen in de conformatie van hemoglobineprotomeren tijdens de interactie met O2
In weefsels wordt elk volgend O 2 -molecuul gemakkelijker afgesplitst dan het vorige, ook als gevolg van coöperatieve veranderingen in de conformatie van protomeren.
7. CO 2 en H+, gevormd tijdens het katabolisme van organische stoffen, verminderen de affiniteit van hemoglobine voor O 2 in verhouding tot hun concentratie. De energie die nodig is voor het functioneren van de cellen wordt voornamelijk geproduceerd in de mitochondriën tijdens de oxidatie van organische stoffen met behulp van O 2 dat door hemoglobine uit de longen wordt afgegeven. Als gevolg van de oxidatie van organische stoffen worden de eindproducten van hun ontbinding gevormd: CO 2 en K 2 O, waarvan de hoeveelheid evenredig is met de intensiteit van de voortdurende oxidatieprocessen.
CO 2 diffundeert vanuit de cellen naar het bloed en dringt door in de rode bloedcellen, waar het onder invloed van het enzym carbanhydrase wordt omgezet in koolzuur. Dit zwakke zuur dissocieert in een proton en een bicarbonaation.
H+ is in staat zich met Zijn radicalen te verbinden 14 6 in de α- en β-ketens van hemoglobine, d.w.z. in gebieden ver van de heem. Protonering van hemoglobine vermindert de affiniteit ervan voor O 2, bevordert de verwijdering van O 2 uit oxyHb, de vorming van deoxyHb, en verhoogt de toevoer van zuurstof naar weefsels in verhouding tot het aantal gevormde protonen (Fig. 1.25).
Een toename van de hoeveelheid vrijgekomen zuurstof afhankelijk van de toename van de H+-concentratie in de rode bloedcellen wordt het Bohr-effect genoemd (genoemd naar de Deense fysioloog Christian Bohr, die dit effect als eerste ontdekte).
In de longen bevordert een hoge partiële zuurstofdruk de binding ervan aan deoxyHb, waardoor de affiniteit van het eiwit voor H+ afneemt. De vrijgekomen protonen onder invloed van koolzuur reageren met bicarbonaten en vormen CO 2 en H 2 O
Rijst. 1.25. Afhankelijkheid van de affiniteit van Hb voor O 2 van de concentratie CO 2 en protonen (Bohr-effect):
A- invloed van CO 2 en H+ concentratie op de afgifte van O 2 uit het complex met HB (Bohr-effect); B- oxygenatie van deoxyhemoglobine in de longen, vorming en afgifte van CO 2.
Het resulterende CO 2 komt de alveolaire ruimte binnen en wordt met uitgeademde lucht verwijderd. De hoeveelheid zuurstof die vrijkomt door hemoglobine in weefsels wordt dus gereguleerd door de producten van het katabolisme van organische stoffen: hoe intenser de afbraak van stoffen, bijvoorbeeld tijdens lichamelijke inspanning, hoe hoger de concentratie CO 2 en H + en hoe meer zuurstof de weefsels ontvangen als gevolg van een afname van de affiniteit van Hb voor O 2.
8. Allosterische regulatie van de affiniteit van Hb voor O2 door het ligand - 2,3-bisfosfoglyceraat. In erytrocyten wordt het allosterische ligand van hemoglobine, 2,3-bisfosfoglyceraat (2,3-BPG), gesynthetiseerd uit het product van glucose-oxidatie - 1,3-bisfosfoglyceraat. Onder normale omstandigheden is de concentratie 2,3-BPG hoog en vergelijkbaar met de concentratie Hb. 2,3-BPG heeft een sterke negatieve lading van -5.
Bisfosfoglyceraat in weefselcapillairen, dat zich bindt aan deoxyhemoglobine, verhoogt de afgifte van zuurstof in weefsels, waardoor de affiniteit van Hb voor O2 wordt verminderd.
In het midden van het tetramere hemoglobinemolecuul bevindt zich een holte. Het wordt gevormd door aminozuurresiduen van alle vier protomeren (zie figuur 1.22). In weefselcapillairen leidt protonering van Hb (Bohr-effect) tot het verbreken van de binding tussen heemijzer en O2. In een molecuul
deoxyhemoglobine, vergeleken met oxyhemoglobine, verschijnen er extra ionische bindingen die de protomeren verbinden, waardoor de afmetingen van de centrale holte toenemen in vergelijking met oxyhemoglobine. De centrale holte is de plaats waar 2,3-BPG aan hemoglobine hecht. Vanwege het verschil in grootte van de centrale holte kan 2,3-BPG zich alleen hechten aan deoxyhemoglobine.
2,3-BPG interageert met hemoglobine op een plaats ver verwijderd van de actieve centra van het eiwit en behoort tot allosterisch(regulerende) liganden, en de centrale holte van Hb is allosterisch centrum. 2,3-BPG heeft een sterke negatieve lading en interageert met vijf positief geladen groepen van de twee β-ketens van Hb: de N-terminale α-aminogroep van Val en de Lys 82 His 143 radicalen (Fig. 1.26).
Rijst. 1.26. BPG in de centrale holte van deoxyhemoglobine
BPG bindt aan drie positief geladen groepen op elke β-streng.
In weefselcapillairen interageert het resulterende deoxyhemoglobine met 2,3-BPG en worden ionische bindingen gevormd tussen de positief geladen radicalen van de β-ketens en het negatief geladen ligand, waardoor de conformatie van het eiwit verandert en de affiniteit van Hb voor O2 wordt verminderd. . Een afname van de affiniteit van Hb voor O 2 draagt bij aan een efficiëntere afgifte van O 2 in het weefsel.
In de longen, bij hoge partiële druk, interageert zuurstof met Hb, waarbij heemijzer wordt samengevoegd; in dit geval verandert de conformatie van het eiwit, neemt de centrale holte af en wordt 2,3-BPG verdrongen uit het allosterische centrum
Oligomere eiwitten hebben dus nieuwe eigenschappen vergeleken met monomere eiwitten. Hechting van liganden op locaties
ruimtelijk ver van elkaar verwijderd (allosterisch), kunnen conformationele veranderingen in het gehele eiwitmolecuul veroorzaken. Als gevolg van de interactie met regulerende liganden vindt er een verandering in de conformatie en aanpassing van de functie van het eiwitmolecuul aan veranderingen in de omgeving plaats.
ONDERWERP 1.5. BEHOUD VAN DE NATIEVE CONFORMATIE VAN EIWITTEN ONDER CELOMSTANDIGHEDEN
In cellen, tijdens de synthese van polypeptideketens, hun transport door membranen naar de overeenkomstige delen van de cel, tijdens het vouwproces (vorming van de natieve conformatie) en tijdens de assemblage van oligomere eiwitten, evenals tijdens hun functioneren, intermediaire In de eiwitstructuur ontstaan aggregatiegevoelige, onstabiele conformaties. Hydrofobe radicalen, meestal verborgen in het eiwitmolecuul in de natieve conformatie, verschijnen aan het oppervlak in een onstabiele conformatie en hebben de neiging zich te combineren met groepen van andere eiwitten die slecht oplosbaar zijn in water. In de cellen van alle bekende organismen zijn speciale eiwitten gevonden die zorgen voor een optimale vouwing van celeiwitten, hun natuurlijke conformatie stabiliseren tijdens het functioneren en, belangrijker nog, de structuur en functies van intracellulaire eiwitten behouden wanneer de homeostase wordt verstoord. Deze eiwitten worden genoemd "begeleiders" wat 'oppas' betekent in het Frans.
1. Moleculaire chaperonnes en hun rol bij het voorkomen van eiwitdenaturatie.
Chaperonnes (CH) worden geclassificeerd op basis van de massa van hun subeenheden. Chaperonnes met een hoog molecuulgewicht hebben een massa van 60 tot 110 kDa. Onder hen zijn drie klassen het meest bestudeerd: Sh-60, Sh-70 en Sh-90. Elke klasse omvat een familie van verwante eiwitten. Sh-70 omvat dus eiwitten met een molecuulgewicht van 66 tot 78 kDa. Chaperonnes met een laag molecuulgewicht hebben een molecuulgewicht van 40 tot 15 kDa.
Onder de begeleiders zijn er constitutief eiwitten waarvan de hoge basale synthese niet afhankelijk is van stresseffecten op de lichaamscellen, en induceerbaar, waarvan de synthese onder normale omstandigheden zwak is, maar onder stress sterk toeneemt. Induceerbare chaperonnes worden ook wel ‘heat shock-eiwitten’ genoemd omdat ze voor het eerst werden ontdekt in cellen die werden blootgesteld aan hoge temperaturen. In cellen is, vanwege de hoge concentratie aan eiwitten, spontane reactivering van gedeeltelijk gedenatureerde eiwitten moeilijk. Sh-70 kan het begin van denaturatie voorkomen en de natuurlijke conformatie van eiwitten helpen herstellen. Moleculaire chaperonnes-70- een sterk geconserveerde klasse eiwitten die in alle delen van de cel wordt aangetroffen: cytoplasma, kern, endoplasmatisch reticulum, mitochondriën. Aan het carboxyluiteinde van de enkele polypeptideketen Ø-70 bevindt zich een gebied dat een groef is die in staat is tot interactie met peptiden met lengte
van 7 tot 9 aminozuurresiduen verrijkt met hydrofobe radicalen. Dergelijke gebieden in bolvormige eiwitten komen ongeveer elke 16 aminozuren voor. Sh-70 is in staat eiwitten te beschermen tegen inactivatie door temperatuur en de conformatie en activiteit van gedeeltelijk gedenatureerde eiwitten te herstellen.
2. De rol van chaperonnes bij het vouwen van eiwitten. Tijdens de eiwitsynthese op het ribosoom wordt het N-terminale gebied van het polypeptide vóór het C-terminale gebied gesynthetiseerd. Om de natieve conformatie te vormen is de volledige aminozuursequentie van het eiwit vereist. Tijdens het proces van eiwitsynthese zijn chaperonnes-70, vanwege de structuur van hun actieve centrum, in staat gebieden van het polypeptide die gevoelig zijn voor aggregatie, verrijkt aan hydrofobe aminozuurradicalen, af te sluiten totdat de synthese is voltooid (Figuur 1.27, A ).
Rijst. 1.27. Deelname van chaperonnes aan het vouwen van eiwitten
A - deelname van chaperones-70 aan de preventie van hydrofobe interacties tussen secties van het gesynthetiseerde polypeptide; B - vorming van de natieve conformatie van het eiwit in het chaperonnecomplex
Veel hoogmoleculaire eiwitten met een complexe conformatie, zoals een domeinstructuur, vouwen in een speciale ruimte gevormd door Sh-60. Ø-60 functioneren als een oligomeer complex bestaande uit 14 subeenheden. Ze vormen twee holle ringen, die elk uit zeven subeenheden bestaan, deze ringen zijn met elkaar verbonden. Elke Sh-60-subeenheid bestaat uit drie domeinen: apicaal (apisch), verrijkt met hydrofobe radicalen die naar de holte van de ring gericht zijn, intermediair en equatoriaal (Fig. 1.28).
Rijst. 1.28. Structuur van het chaperoninecomplex bestaande uit 14 Ø-60
A - zijaanzicht; B - bovenaanzicht
Gesynthetiseerde eiwitten, die elementen op het oppervlak hebben die kenmerkend zijn voor ongevouwen moleculen, in het bijzonder hydrofobe radicalen, komen de holte van de chaperonne-ringen binnen. In de specifieke omgeving van deze holtes wordt gezocht naar mogelijke conformaties totdat de enige energetisch meest gunstige wordt gevonden (Fig. 1.27, B). De vorming van conformaties en het vrijkomen van eiwitten gaat gepaard met ATP-hydrolyse in het equatoriale gebied. Typisch vereist een dergelijke chaperonne-afhankelijke vouwing een aanzienlijke hoeveelheid energie.
Naast deelname aan de vorming van de driedimensionale structuur van eiwitten en de regeneratie van gedeeltelijk gedenatureerde eiwitten, zijn chaperonnes ook noodzakelijk voor het optreden van fundamentele processen als de assemblage van oligomere eiwitten, herkenning en transport van gedenatureerde eiwitten in lysosomen, transport van eiwitten door membranen en deelname aan de regulatie van de activiteit van eiwitcomplexen.
ONDERWERP 1.6. VERSCHEIDENHEID AAN EIWITTEN. EIWITFAMILIES: HET VOORBEELD VAN IMMUNOGLOBULINES
1. Eiwitten spelen een beslissende rol in het leven van individuele cellen en het hele meercellige organisme, en hun functies zijn verrassend divers. Dit wordt bepaald door de kenmerken van de primaire structuur en conformaties van eiwitten, de unieke structuur van het actieve centrum en het vermogen om specifieke liganden te binden.
Slechts een zeer klein deel van alle mogelijke varianten van peptideketens kan een stabiele ruimtelijke structuur aannemen; meerderheid
van hen kunnen vele conformaties aannemen met ongeveer dezelfde Gibbs-energie, maar met diverse eigendommen. De primaire structuur van de meeste bekende eiwitten, geselecteerd door biologische evolutie, zorgt voor uitzonderlijke stabiliteit van een van de conformaties, die de kenmerken van de werking van dit eiwit bepaalt.
2. Eiwitfamilies. Binnen dezelfde biologische soort kunnen substituties van aminozuurresiduen leiden tot het ontstaan van verschillende eiwitten die verwante functies vervullen en homologe aminozuursequenties hebben. Dergelijke verwante eiwitten hebben opvallend vergelijkbare conformaties: het aantal en de relatieve posities van a-helices en/of β-structuren, en de meeste bochten en bochten van de polypeptideketens zijn vergelijkbaar of identiek. Eiwitten met homologe gebieden van de polypeptideketen, vergelijkbare conformatie en gerelateerde functies worden geclassificeerd in eiwitfamilies. Voorbeelden van eiwitfamilies: serineproteïnasen, immunoglobulinefamilie, myoglobinefamilie.
Serine-proteïnasen- een familie van eiwitten die de functie van proteolytische enzymen vervullen. Deze omvatten spijsverteringsenzymen - chymotrypsine, trypsine, elastase en vele bloedstollingsfactoren. Deze eiwitten hebben identieke aminozuren op 40% van hun posities en een zeer vergelijkbare conformatie (Fig. 1.29).
Rijst. 1.29. Ruimtelijke structuren van elastase (A) en chymotrypsine (B)
Sommige aminozuursubstituties hebben geleid tot veranderingen in de substraatspecificiteit van deze eiwitten en de opkomst van functionele diversiteit binnen de familie.
3. Immunoglobulinefamilie. Bij het functioneren van het immuunsysteem spelen eiwitten van de superfamilie van immunoglobulinen een grote rol, waaronder drie families van eiwitten:
Antilichamen (immunoglobulinen);
T-lymfocytreceptoren;
Eiwitten van het belangrijkste histocompatibiliteitscomplex - MHC-klassen 1 en 2 (Major Histocompatibility Complex).
Al deze eiwitten hebben een domeinstructuur, bestaan uit homologe immuunachtige domeinen en vervullen vergelijkbare functies: ze interageren met vreemde structuren, ofwel opgelost in het bloed, de lymfe of de intercellulaire vloeistof (antilichamen), of gelokaliseerd op het oppervlak van cellen (eigen of buitenlands).
4. Antilichamen- specifieke eiwitten die door B-lymfocyten worden geproduceerd als reactie op het binnendringen van een vreemde structuur in het lichaam, de zogenaamde antigeen.
Kenmerken van de structuur van antilichamen
De eenvoudigste antilichaammoleculen bestaan uit vier polypeptideketens: twee identieke lichte - L, die ongeveer 220 aminozuren bevat, en twee identieke zware - H, bestaande uit 440-700 aminozuren. Alle vier de ketens in het antilichaammolecuul zijn verbonden door vele niet-covalente bindingen en vier disulfidebindingen (Fig. 1.30).
Lichte ketens van antilichamen bestaan uit twee domeinen: een variabel domein (VL), gelokaliseerd in het N-terminale gebied van de polypeptideketen, en een constant domein (CL), gelokaliseerd aan de C-terminus. Zware ketens hebben gewoonlijk vier domeinen: één variabele (VH), gelegen aan de N-terminus, en drie constante domeinen (CH1, CH2, CH3) (zie figuur 1.30). Elk immunoglobulinedomein heeft een β-sheet-superstructuur waarin twee cysteïneresiduen met elkaar zijn verbonden door een disulfidebinding.
Tussen de twee constante domeinen CH1 en CH2 bevindt zich een gebied dat een groot aantal prolineresiduen bevat, die de vorming van een secundaire structuur en de interactie van aangrenzende H-ketens in dit segment voorkomen. Dit scharniergebied geeft het antilichaammolecuul flexibiliteit. Tussen de variabele domeinen van de zware en lichte ketens bevinden zich twee identieke antigeenbindingsplaatsen (actieve plaatsen voor het binden van antigenen). Daarom worden dergelijke antilichamen vaak genoemd bivalenten. Niet de gehele aminozuursequentie van de variabele gebieden van beide ketens is betrokken bij de binding van het antigeen aan het antilichaam, maar slechts 20-30 aminozuren die zich in de hypervariabele gebieden van elke keten bevinden. Het zijn deze regio's die het unieke vermogen van elk type antilichaam om een interactie aan te gaan met het overeenkomstige complementaire antigeen bepalen.
Antilichamen vormen een van de verdedigingslinies van het lichaam tegen binnendringende vreemde organismen. Hun werking kan in twee fasen worden verdeeld: de eerste fase is de herkenning en binding van antigeen op het oppervlak van vreemde organismen, wat mogelijk is vanwege de aanwezigheid van antigeenbindingsplaatsen in de antilichaamstructuur; de tweede fase is de initiatie van het proces van inactivatie en vernietiging van het antigeen. De specificiteit van de tweede fase hangt af van de klasse van antilichamen. Er zijn vijf klassen van zware ketens, die van elkaar verschillen in de structuur van constante domeinen: α, δ, ε, γ en μ, volgens welke vijf klassen van immunoglobulinen worden onderscheiden: A, D, E, G en M.
De structurele kenmerken van zware ketens geven de scharniergebieden en C-terminale gebieden van zware ketens een conformatie die kenmerkend is voor elke klasse. Nadat antigeen aan een antilichaam is gebonden, bepalen conformationele veranderingen in de constante domeinen de route voor antigeenverwijdering.
Rijst. 1. 30. Domeinstructuur van IgG
Immunoglobulinen M
Immunoglobulinen M hebben twee vormen.
Monomere vorm- 1e klasse antilichamen geproduceerd door ontwikkelende B-lymfocyten. Vervolgens schakelen veel B-cellen over op het produceren van andere klassen antilichamen, maar met dezelfde antigeenbindingsplaats. IgM is ingebed in het membraan en werkt als een antigeenherkenningsreceptor. De integratie van IgM in het celmembraan is mogelijk vanwege de aanwezigheid van 25 hydrofobe aminozuurresiduen in het staartgedeelte van de regio.
Secretoire vorm van IgM bevat vijf monomere subeenheden die met elkaar zijn verbonden door disulfidebindingen en een extra polypeptide J-keten (Fig. 1.31). De zware ketens van monomeren van deze vorm bevatten geen hydrofobe staart. De pentameer heeft 10 antigeenbindingsplaatsen en is daarom effectief in het herkennen en verwijderen van het antigeen dat als eerste het lichaam binnendringt. De secretoire vorm van IgM is de belangrijkste klasse van antilichamen die tijdens de primaire immuunrespons in het bloed worden uitgescheiden. De binding van IgM aan een antigeen verandert de conformatie van IgM en induceert de binding ervan aan de eerste eiwitcomponent van het complementsysteem (het complementsysteem is een reeks eiwitten die betrokken zijn bij de vernietiging van het antigeen) en activering van dit systeem. Als het antigeen zich op het oppervlak van een micro-organisme bevindt, veroorzaakt het complementsysteem verstoring van de integriteit van het celmembraan en de dood van de bacteriële cel.
Immunoglobulinen G
Kwantitatief overheerst deze klasse van immunoglobulinen in het bloed (75% van alle Igs). IgG - monomeren, de belangrijkste klasse antilichamen die tijdens een secundaire immuunrespons in het bloed worden uitgescheiden. Na de interactie van IgG met de oppervlakteantigenen van micro-organismen kan het antigeen-antilichaamcomplex eiwitten van het complementsysteem binden en activeren of kan het interageren met specifieke receptoren van macrofagen en neutrofielen. Interactie met fagocyten leidt
Rijst. 1.31. Structuur van de secretoire vorm van IgM
tot de absorptie van antigeen-antilichaamcomplexen en hun vernietiging in celfagosomen. IgG is de enige klasse antilichamen die de placentabarrière kunnen binnendringen en de foetus intra-uteriene bescherming tegen infecties kunnen bieden.
Immunoglobulinen A
De belangrijkste klasse van antilichamen die aanwezig zijn in secreties (melk, speeksel, secreties van de luchtwegen en het darmkanaal). IgA wordt voornamelijk in dimere vorm uitgescheiden, waarbij de monomeren aan elkaar zijn gekoppeld via een extra J-keten (Fig. 1.32).
IgA heeft geen interactie met het complementsysteem en fagocytische cellen, maar door zich te binden aan micro-organismen voorkomen antilichamen hun hechting aan epitheelcellen en penetratie in het lichaam.
Immunoglobulinen E
Immunoglobulinen E worden weergegeven door monomeren waarin de zware ε-ketens, net als de μ-ketens van immunoglobulinen M, één variabele en vier constante domeinen bevatten. Na uitscheiding bindt IgE zich met zijn
Rijst. 1.32. Structuur van IgA
C-terminale gebieden met overeenkomstige receptoren op het oppervlak van mestcellen en basofielen. Als resultaat worden ze receptoren voor antigenen op het oppervlak van deze cellen (Fig. 1.33).
Rijst. 1.33. Interactie van IgE met antigeen op het oppervlak van een mestcel
Nadat het antigeen zich heeft gehecht aan de overeenkomstige antigeenbindingsplaatsen van IgE, ontvangen de cellen een signaal om biologisch actieve stoffen (histamine, serotonine) uit te scheiden, die grotendeels verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van de ontstekingsreactie en voor de manifestatie van allergische reacties zoals astma, urticaria, hooikoorts.
Immunoglobulinen D
Immunoglobulinen D worden in zeer kleine hoeveelheden in serum aangetroffen; het zijn monomeren. Zware δ-ketens hebben één variabele en drie constante domeinen. IgD's fungeren als receptoren voor B-lymfocyten; andere functies zijn nog onbekend. De interactie van specifieke antigenen met receptoren op het oppervlak van B-lymfocyten (IgD) leidt tot de overdracht van deze signalen naar de cel en de activering van mechanismen die zorgen voor de proliferatie van een bepaalde lymfocytkloon.
ONDERWERP 1.7. FYSISCHE EN CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN VAN EIWITTEN EN METHODEN VOOR HUN SCHEIDING
1. Individuele eiwitten verschillen in fysische en chemische eigenschappen:
Vorm van moleculen;
Molecuulgewicht;
De totale lading, waarvan de grootte afhangt van de verhouding van anionische en kationische groepen aminozuren;
De verhouding van polaire en niet-polaire aminozuurradicalen op het oppervlak van moleculen;
Mate van resistentie tegen verschillende denaturerende middelen.
2. De oplosbaarheid van eiwitten hangt ervan af over de eigenschappen van de hierboven genoemde eiwitten, evenals over de samenstelling van het medium waarin het eiwit is opgelost (pH-waarden, zout samenstelling temperatuur, de aanwezigheid van andere organische stoffen die kunnen interageren met eiwitten). De hoeveelheid lading van eiwitmoleculen is een van de factoren die hun oplosbaarheid beïnvloeden. Wanneer de lading op het iso-elektrische punt verloren gaat, aggregeren en precipiteren eiwitten gemakkelijker. Dit is vooral typerend voor gedenatureerde eiwitten, waarbij hydrofobe aminozuurradicalen op het oppervlak verschijnen.
Op het oppervlak van een eiwitmolecuul bevinden zich zowel positief als negatief geladen aminozuurradicalen. Het aantal van deze groepen, en dus de totale lading van eiwitten, hangt af van de pH van het medium, d.w.z. verhouding van concentraties van H+ - en OH - groepen. In een zure omgeving Een verhoging van de H+-concentratie leidt tot onderdrukking van de dissociatie van carboxylgroepen -COO - + H+ > - COOH en een afname van de negatieve lading van eiwitten. In een alkalische omgeving leidt de binding van overtollige OH - door protonen gevormd tijdens de dissociatie van aminogroepen -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O met de vorming van water, tot een afname van de positieve lading van eiwitten . De pH-waarde waarbij een eiwit een netto nullading heeft, wordt genoemd iso-elektrisch punt (IEP). In IET is het aantal positief en negatief geladen groepen hetzelfde, d.w.z. het eiwit bevindt zich in een iso-elektrische toestand.
3. Scheiding van individuele eiwitten. Kenmerken van de structuur en het functioneren van het lichaam zijn afhankelijk van de reeks eiwitten die daarin worden gesynthetiseerd. Het bestuderen van de structuur en eigenschappen van eiwitten is onmogelijk zonder ze te isoleren van de cel en ze te zuiveren van andere eiwitten en organische moleculen. Stadia van isolatie en zuivering van individuele eiwitten:
Celvernietiging het weefsel dat wordt bestudeerd en het verkrijgen van een homogenaat.
Scheiding van het homogenaat in fracties door centrifugatie, waarbij een nucleaire, mitochondriale, cytosolische of andere fractie wordt verkregen die het gewenste eiwit bevat.
Selectieve thermische denaturatie- kortetermijnverwarming van een eiwitoplossing, waarbij een deel van de gedenatureerde eiwitonzuiverheden kan worden verwijderd (als het eiwit relatief hittestabiel is).
Uitzouten. Verschillende eiwitten precipiteren bij verschillende zoutconcentraties in oplossing. Door de zoutconcentratie geleidelijk te verhogen, is het mogelijk een aantal afzonderlijke fracties te verkrijgen met in één ervan een overheersend gehalte aan geïsoleerd eiwit. Ammoniumsulfaat wordt het meest gebruikt voor eiwitfractionering. Eiwitten met de minste oplosbaarheid slaan neer bij lage zoutconcentraties.
Gelfiltratie- een methode om moleculen door gezwollen Sephadex-korrels te zeven (driedimensionale polysacharideketens van dextraan met poriën). De snelheid waarmee eiwitten door een kolom gevuld met Sephadex gaan, hangt af van hun molecuulgewicht: hoe kleiner de massa van de eiwitmoleculen, hoe gemakkelijker ze in de korrels doordringen en daar langer blijven; hoe groter de massa, hoe sneller ze uit de korrels elueren. kolom.
Ultracentrifugatie- een methode waarbij eiwitten in een centrifugebuis in de rotor van een ultracentrifuge worden geplaatst. Wanneer de rotor draait, is de sedimentatiesnelheid van eiwitten evenredig met hun molecuulgewicht: fracties van zwaardere eiwitten bevinden zich dichter bij de bodem van de reageerbuis, lichtere - dichter bij het oppervlak.
Elektroforese- een methode gebaseerd op verschillen in de bewegingssnelheid van eiwitten in een elektrisch veld. Deze waarde is evenredig met de lading van de eiwitten. Elektroforese van eiwitten wordt uitgevoerd op papier (in dit geval is de snelheid van de eiwitbeweging alleen evenredig met hun lading) of in een polyacrylamidegel met een bepaalde poriegrootte (de snelheid van de eiwitbeweging is evenredig met hun lading en molecuulgewicht) .
Ionenuitwisselingschromatografie- een fractioneringsmethode gebaseerd op de binding van geïoniseerde groepen eiwitten met tegengesteld geladen groepen ionenuitwisselingsharsen (onoplosbare polymere materialen). De sterkte van de binding van het eiwit aan de hars is evenredig met de lading van het eiwit. Eiwitten die aan het ionenuitwisselingspolymeer zijn geadsorbeerd, kunnen worden weggewassen met toenemende concentraties NaCl-oplossingen; hoe lager de eiwitlading, hoe lager de concentratie NaCl die nodig is om het eiwit dat aan de ionische groepen van de hars is gebonden, weg te spoelen.
Affiniteitschromatografie- de meest specifieke methode om individuele eiwitten te isoleren: een ligand van een eiwit wordt covalent gebonden aan een inert polymeer. Wanneer een eiwitoplossing door een kolom met een polymeer wordt geleid, wordt alleen het eiwit dat specifiek is voor een bepaald ligand op de kolom geadsorbeerd vanwege de complementaire binding van het eiwit aan het ligand.
Dialyse- een methode die wordt gebruikt om verbindingen met een laag molecuulgewicht uit een oplossing van geïsoleerd eiwit te verwijderen. De methode is gebaseerd op het onvermogen van eiwitten om door een semi-permeabel membraan te gaan, in tegenstelling tot stoffen met een laag molecuulgewicht. Het wordt gebruikt om eiwitten te zuiveren van laagmoleculaire onzuiverheden, bijvoorbeeld zouten, na het uitzouten.
OPDRACHTEN VOOR BUITENCURSUSWERK
1. Vul de tabel in. 1.4.
Tabel 1.4. Vergelijkende analyse van de structuur en functies van verwante eiwitten - myoglobine en hemoglobine
a) onthoud de structuur van het actieve centrum van Mb en Hb. Welke rol spelen hydrofobe aminozuurradicalen bij de vorming van de actieve centra van deze eiwitten? Beschrijf de structuur van het actieve centrum van Mb en Hb en de mechanismen van aanhechting van liganden daaraan. Welke rol spelen de His F 8- en His E 7-residuen in het functioneren van het actieve centrum van Mv iHv?
b) welke nieuwe eigenschappen heeft het nauw verwante oligomere eiwit hemoglobine vergeleken met monomeer myoglobine? De rol uitleggen van coöperatieve veranderingen in de conformatie van protomeren in het hemoglobinemolecuul, het effect van CO 2 en protonconcentraties op de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof, evenals de rol van 2,3-BPG in de allosterische regulatie van de Hb-functie .
2. Karakteriseer moleculaire chaperonnes, met aandacht voor de relatie tussen hun structuur en functie.
3. Welke eiwitten zijn gegroepeerd in families? Identificeer aan de hand van het voorbeeld van de immunoglobulinefamilie vergelijkbare structurele kenmerken en gerelateerde functies van de eiwitten van deze familie.
4. Gezuiverde individuele eiwitten zijn vaak nodig voor biochemische en medicinale doeleinden. Leg uit op welke fysisch-chemische eigenschappen van eiwitten de methoden die worden gebruikt voor hun scheiding en zuivering zijn gebaseerd.
ZELFCONTROLETAKEN
1. Kies de correcte antwoorden.
Functies van hemoglobine:
A. Transport van O 2 van de longen naar het weefsel B. Transport van H + van de weefsels naar de longen
B. Handhaving van een constante pH-waarde van het bloed. D. Transport van CO 2 van de longen naar de weefsels
D. Transport van CO 2 van weefsels naar de longen
2. Kies de correcte antwoorden. Ligandα -protomeer Hb is: A. Heem
B. Zuurstof
B. CO G. 2,3-BPG
D. β-protomeer
3. Kies de correcte antwoorden.
Hemoglobine in tegenstelling tot myoglobine:
A. Heeft een quaternaire structuur
B. De secundaire structuur wordt alleen weergegeven door α-helices
B. Behoort tot complexe eiwitten
D. Interageert met een allosterisch ligand. D. Covalent gebonden aan heem
4. Kies de correcte antwoorden.
De affiniteit van Hb voor O2 neemt af:
A. Wanneer één O 2 molecuul wordt toegevoegd. B. Wanneer één O 2 molecuul wordt verwijderd
B. Bij interactie met 2,3-BPG
D. Wanneer gehecht aan protomeren H + D. Wanneer de concentratie van 2,3-BPG afneemt
5. Overeenkomst.
Typen HB worden gekenmerkt door:
A. In deoxyvorm vormt het fibrillaire aggregaten B. Bevat twee α- en twee δ-ketens
B. De overheersende vorm van Hb in volwassen erytrocyten D. Bevat heem met Fe+ 3 in het actieve centrum
D. Bevat twee α- en twee γ-ketens 1. HbA 2.
6. Overeenkomst.
Hb-liganden:
A. Bindt aan Hb in het allosterische centrum
B. Heeft een zeer hoge affiniteit voor de actieve plaats van Hb
B. Door samen te voegen verhoogt het de affiniteit van Hb voor O 2 G. Oxideert Fe+ 2 tot Fe+ 3
D. Vormt een covalente binding met hisF8
7. Kies de correcte antwoorden.
Begeleiders:
A. Eiwitten aanwezig in alle delen van de cel
B. De synthese neemt toe onder stress
B. Neem deel aan de hydrolyse van gedenatureerde eiwitten
D. Neem deel aan het handhaven van de natieve conformatie van eiwitten
D. Ze creëren organellen waarin de conformatie van eiwitten wordt gevormd.
8. Overeenkomen. Immunoglobulinen:
A. De secretoire vorm is pentameer.
B. Klasse Ig die de placentabarrière binnendringt
B. Ig - mestcelreceptor
D. De belangrijkste klasse van Ig die aanwezig is in de secreties van epitheelcellen. D. B-lymfocytreceptor, waarvan de activering zorgt voor celproliferatie
9. Kies de correcte antwoorden.
Immunoglobulinen E:
A. Geproduceerd door macrofagen B. Ze hebben zware ε-ketens.
B. Ingebed in het membraan van T-lymfocyten
D. Werk als membraanantigeenreceptoren op mestcellen en basofielen
D. Verantwoordelijk voor allergische reacties
10. Kies de correcte antwoorden.
De methode voor het scheiden van eiwitten is gebaseerd op verschillen in hun molecuulgewicht:
A. Gelfiltratie
B. Ultracentrifugatie
B. Polyacrylamidegelelektroforese D. Ionenuitwisselingschromatografie
D. Affiniteitschromatografie
11. Kies het juiste antwoord.
De methode voor het scheiden van eiwitten is gebaseerd op verschillen in hun oplosbaarheid in water:
A. Gelfiltratie B. Uitzouten
B. Ionenuitwisselingschromatografie D. Affiniteitschromatografie
D. Elektroforese in polyacrylamidegel
NORMEN VOOR ANTWOORDEN OP “ZELFCONTROLETAKEN”
1. A, B, C, D
2. A, B, C, D
5. 1-B, 2-A, 3-G
6. 1-B, 2-B, 3-A
7. A, B, D, D
8. 1-G; 2-B, 3-B
BASISVOORWAARDEN EN CONCEPTEN
1. Oligomere eiwitten, protomeer, quaternaire structuur van eiwitten
2. Coöperatieve veranderingen in protomeerconformatie
3. Bohr-effect
4. Allosterische regulatie van eiwitfuncties, allosterisch centrum en allosterische effector
5. Moleculaire chaperonnes, heat shock-eiwitten
6. Eiwitfamilies (serineproteasen, immunoglobulinen)
7. IgM-, G-, E-, A-structuur-functierelatie
8. Totale lading van eiwitten, iso-elektrisch punt van eiwitten
9. Elektroforese
10. Uitzouten
11. Gelfiltratie
12. Ionenuitwisselingschromatografie
13. Ultracentrifugatie
14. Affiniteitschromatografie
15. Elektroforese van bloedplasma-eiwitten
TAKEN VOOR KLASSEWERK
1. Vergelijk de afhankelijkheid van de mate van verzadiging van hemoglobine (Hb) en myoglobine (Mb) met zuurstof en de partiële druk in weefsels
Rijst. 1.34. Afhankelijkheid van verzadiging Mv enNHzuurstof uit zijn partiële druk
Houd er rekening mee dat de vorm van de eiwitzuurstofverzadigingscurven anders is: voor myoglobine - een hyperbool, voor hemoglobine - een sigmoïde vorm.
1. vergelijk de waarden van de partiële zuurstofdruk waarbij Mb en Hb voor 50% verzadigd zijn met O 2. Welke van deze eiwitten heeft een hogere affiniteit voor O 2?
2. Welke structurele kenmerken van Mb bepalen de hoge affiniteit ervan voor O 2?
3. Welke structurele kenmerken van HB maken het mogelijk om O2 vrij te geven in de haarvaten van rustende weefsels (bij een relatief hoge partiële O2-druk) en deze afgifte in werkende spieren sterk te verhogen? Welke eigenschap van oligomere eiwitten zorgt voor dit effect?
4. Bereken welke hoeveelheid O 2 (in%) zuurstofrijk hemoglobine geeft aan rustende en werkende spieren?
5. conclusies trekken over de relatie tussen de structuur van een eiwit en zijn functie.
2. De hoeveelheid zuurstof die vrijkomt door hemoglobine in de haarvaten hangt af van de intensiteit van katabole processen in weefsels (Bohr-effect). Hoe reguleren veranderingen in het weefselmetabolisme de affiniteit van Hb voor O2? Effect van CO 2 en H+ op de affiniteit van Hb voor O 2
1. beschrijf het Bohr-effect.
2. in welke richting verloopt het proces zoals weergegeven in het diagram:
a) in de haarvaten van de longen;
b) in weefselcapillairen?
3. Wat is de fysiologische betekenis van het Bohr-effect?
4. Waarom verandert de interactie van Hb met H+ op plaatsen ver van de heem de affiniteit van het eiwit voor O 2?
3. De affiniteit van Hb voor O2 hangt af van de concentratie van zijn ligand - 2,3-bisfosfoglyceraat, dat een allosterische regulator is van de affiniteit van Hb voor O2. Waarom beïnvloedt ligandinteractie op een plaats ver van de actieve plaats de eiwitfunctie? Hoe reguleert 2,3-BPG de affiniteit van Hb voor O2? Om het probleem op te lossen, beantwoordt u de volgende vragen:
1. waar en waaruit wordt 2,3-bisfosfoglyceraat (2,3-BPG) gesynthetiseerd? Schrijf de formule ervan, geef de lading van dit molecuul aan.
2. Met welke vorm van hemoglobine (oxy of deoxy) heeft BPG een wisselwerking en waarom? In welk deel van het Hb-molecuul vindt de interactie plaats?
3. in welke richting verloopt het proces zoals weergegeven in het diagram?
a) in weefselcapillairen;
b) in de haarvaten van de longen?
4. waar de concentratie van het complex hoger zou moeten zijn
Nv-2,3-BFG:
a) in de haarvaten van spieren in rust,
b) in de haarvaten van werkende spieren (op voorwaarde dat dezelfde concentratie BPG in erytrocyten aanwezig is)?
5. Hoe zal de affiniteit van HB voor zuurstof veranderen als een persoon zich aanpast aan omstandigheden op grote hoogte, als de concentratie van BPG in erytrocyten toeneemt? Wat is de fysiologische betekenis van dit fenomeen?
4. De vernietiging van 2,3-BPG tijdens de opslag van geconserveerd bloed schaadt de functies van HB. Hoe zal de affiniteit van HB voor O 2 veranderen in geconserveerd bloed als de concentratie van 2,3-BPG in erytrocyten kan dalen van 8 naar 0,5 mmol/l? Is het mogelijk dergelijk bloed te transfuseren aan ernstig zieke patiënten als de concentratie van 2,3-BPG niet eerder dan na drie dagen wordt hersteld? Is het mogelijk om de functies van rode bloedcellen te herstellen door 2,3-BPG aan het bloed toe te voegen?
5. Denk aan de structuur van de eenvoudigste immunoglobulinemoleculen. Welke rol spelen immunoglobulinen in het immuunsysteem? Waarom worden Igs vaak bivalenten genoemd? Hoe verhoudt de structuur van Igs zich tot hun functie? (Beschrijf aan de hand van een voorbeeld van een klasse immunoglobulinen.)
Fysisch-chemische eigenschappen van eiwitten en methoden voor hun scheiding.
6. Hoe beïnvloedt de netto lading van een eiwit de oplosbaarheid ervan?
a) bepaal de totale lading van het peptide bij pH 7
Ala-Glu-Tre-Pro-Asp-Liz-Cis
b) hoe zal de lading van dit peptide veranderen bij pH >7, pH<7, рН <<7?
c) wat is het iso-elektrische punt van een eiwit (IEP) en in welke omgeving ligt het?
IET van dit peptide?
d) bij welke pH-waarde wordt de laagste oplosbaarheid van dit peptide waargenomen.
7. Waarom “stremt” zure melk, in tegenstelling tot verse melk, wanneer deze wordt gekookt (d.w.z. de caseïne van het melkeiwit slaat neer)? In verse melk hebben caseïnemoleculen een negatieve lading.
8. Gelfiltratie wordt gebruikt om individuele eiwitten te scheiden. Een mengsel dat eiwitten A, B en C bevatte met molecuulgewichten gelijk aan respectievelijk 160.000, 80.000 en 60.000, werd geanalyseerd door middel van gelfiltratie (Fig. 1.35). De gezwollen gelkorrels zijn doorlaatbaar voor eiwitten met een molecuulgewicht kleiner dan 70.000. Welk principe ligt ten grondslag aan deze scheidingsmethode? Welke grafiek geeft de resultaten van fractionering correct weer? Geef de volgorde aan waarin eiwitten A, B en C uit de kolom worden vrijgegeven.
Rijst. 1.35. Gebruik van gelfiltratie voor het scheiden van eiwitten
9. In afb. 1.36, A toont een diagram van elektroforese op papier van bloedserumeiwitten van een gezond persoon. De relatieve hoeveelheden eiwitfracties die met deze methode worden verkregen zijn: albuminen 54-58%, α1-globulinen 6-7%, α2-globulinen 8-9%, β-globulinen 13%, y-globulinen 11-12%.
Rijst. 1.36 Elektroforese op papier van bloedplasma-eiwitten van een gezond persoon (A) en een patiënt (B)
I - y-globulinen; II - β-globulinen; III-α 2-globuline; IV-α 2-globuline; V - albuminen
Veel ziekten gaan gepaard met kwantitatieve veranderingen in de samenstelling van serumeiwitten (dysproteïnemie). Bij het stellen van de diagnose en het beoordelen van de ernst en het stadium van de ziekte wordt rekening gehouden met de aard van deze veranderingen.
Met behulp van de gegevens uit de tabel. 1.5, doe een gok over de ziekte, die wordt gekenmerkt door het elektroforetische profiel weergegeven in Fig. 1.36.
Tabel 1.5. Veranderingen in de concentratie van serumeiwitten in pathologie
Het actieve centrum van het eiwit is dit is de eiwit-ligand-bindingsplaats. Op het oppervlak van het bolletje wordt een gebied gevormd waar andere moleculen aan kunnen hechten liganden . Het actieve centrum van een eiwit wordt gevormd uit zijgroepen van aminozuren die op het tertiaire structuurniveau zijn samengebracht. In de lineaire sequentie van een peptideketen kunnen ze zich op een aanzienlijke afstand van elkaar bevinden. Eiwitten vertonen een hoge specificiteit bij interactie met een ligand. De hoge specificiteit van de interactie van het eiwit met het ligand wordt verzekerd door de complementariteit van de structuur van het actieve centrum van het eiwit met de structuur van het ligand. Complementariteit – dit is de ruimtelijke en chemische correspondentie van op elkaar inwerkende moleculen. Eiwit-ligand-bindingscentra bevinden zich vaak tussen domeinen (het bindingscentrum van trypsine met zijn ligand heeft bijvoorbeeld twee domeinen gescheiden door een groef).
Het functioneren van eiwitten is gebaseerd op hun specifieke interactie met liganden. 50.000 individuele eiwitten die unieke actieve centra bevatten die alleen aan specifieke liganden kunnen binden en, vanwege de structurele kenmerken van het actieve centrum, hun inherente functies vertonen. Uiteraard bevat de primaire structuur informatie over de functie van eiwitten.
Kwartaire structuur- dit is het hoogste niveau van structurele organisatie, niet mogelijk voor alle eiwitten. Onder quaternaire structuur wordt verstaan de manier waarop polypeptideketens in de ruimte zijn gerangschikt en de vorming van een structureel en functioneel verenigde macromoleculaire formatie. Elke individuele polypeptideketen, genaamd protomeer of subeenheden , heeft meestal geen biologische activiteit. Het eiwit verkrijgt dit vermogen via een bepaalde methode van ruimtelijke associatie van zijn samenstellende protomeren. Het resulterende molecuul wordt meestal genoemd oligomeer (multimeer) .
De quaternaire structuur wordt gestabiliseerd door niet-covalente bindingen die ontstaan tussen de contactgebieden van protomeren, die met elkaar interageren volgens het type complementariteit.
Eiwitten met een quaternaire structuur omvatten veel enzymen (lactaatdehydrogenase, glutamaatdehydrogenase, enz.), evenals hemoglobine, het contractiele spiereiwit myosine. Sommige eiwitten hebben een klein aantal subeenheden, 2-8, terwijl andere honderden en zelfs duizenden subeenheden hebben. Het tabaksmozaïekviruseiwit heeft bijvoorbeeld 2130 subeenheden.
Een typisch voorbeeld van een eiwit met een quaternaire structuur is hemoglobine. Het hemoglobinemolecuul bestaat uit 4 subeenheden, d.w.z. polypeptideketens, die elk geassocieerd zijn met heem, waarvan 2 polypeptideketens -2afla en -2beta worden genoemd. Ze verschillen in de primaire structuur en lengte van de polypeptideketen.
De bindingen die de quaternaire structuur vormen, zijn minder sterk. Onder invloed van sommige middelen wordt het eiwit in afzonderlijke subeenheden verdeeld. Wanneer het middel wordt verwijderd, kunnen de subeenheden recombineren en wordt de biologische functie van het eiwit hersteld. Dus wanneer ureum aan een hemoglobineoplossing wordt toegevoegd, valt het uiteen in de vier samenstellende subeenheden; wanneer ureum wordt verwijderd, wordt de structurele en functionele rol van hemoglobine hersteld.
Einde van het werk -
Dit onderwerp behoort tot de sectie:
Biochemie. Eekhoorns. Aminozuren zijn structurele componenten van eiwitten
Eiwitten aminozuren structurele componenten van eiwitten.. eiwitten.. eiwitten zijn stikstofhoudende hoogmoleculaire organische verbindingen bestaande uit aminozuren die in ketens zijn verbonden met..
Als u aanvullend materiaal over dit onderwerp nodig heeft, of als u niet hebt gevonden wat u zocht, raden wij u aan de zoekopdracht in onze database met werken te gebruiken:
Wat gaan wij met het ontvangen materiaal doen:
Als dit materiaal nuttig voor u was, kunt u het op uw pagina op sociale netwerken opslaan:
| Tweeten |
Alle onderwerpen in deze sectie:
Werkingsmechanisme van enzymen
Volgens moderne concepten kan de interactie van een enzym met een substraat in 3 fasen worden verdeeld: Fase 1 wordt gekenmerkt door de diffusie van het substraat naar het enzym
Zuur-base-katalyse
De actieve plaats van het enzym bevat groepen van zure en basische typen. Zuurachtige groepen elimineren H+ en hebben een negatieve lading. Groepen van het basistype hechten H+ en hebben de helft
A). Fisher's hypothese
Volgens deze theorie bestaat er een strikte sterische correspondentie tussen het substraat en het actieve centrum van het enzym. Volgens Fischer is een enzym een rigide structuur en is het substraat als het ware een afgietsel van zijn actieve centrum
Koolhydraat metabolisme
KOOLHYDRATEN METABOLISME 1. De belangrijkste koolhydraten van het dierlijk lichaam, hun biologische rol. 2. Omzetting van koolhydraten in de organen van het spijsverteringsstelsel. 3. Biosynthese en afbraak
Biologische rol van koolhydraten
BIOLOGISCHE ROL VAN KOOLHYDRATEN: 1. ENERGIE. Wanneer 1 g koolhydraten wordt geoxideerd tot eindproducten (CO2 en H2O), komt 4,1 kcal aan energie vrij. Het aandeel koolhydraten is ongeveer 60-70
Omzetting van koolhydraten in het spijsverteringskanaal
OMZETTING VAN KOOLHYDRATEN IN HET SPIJSVERTERINGSKANAAL De belangrijkste koolhydraten in voeding voor het menselijk lichaam zijn: zetmeel, glycogeen, sucrose, lactose. Zetmeel opgenomen uit voedsel
Biosynthese en afbraak van glycogeen
BIOSYNTHESE EN OPLOSSING VAN GLYCOGEN IN WEEFSEL. GLYCOGEN ZIEKTEN. Er werd ontdekt dat glycogeen in bijna alle organen en weefsels kan worden gesynthetiseerd. Echter, het grootste einde
Anaerobe glycolyse
Afhankelijk van de functionele toestand van het lichaam kunnen de cellen van organen en weefsels ofwel in een toestand van voldoende zuurstoftoevoer verkeren ofwel een tekort daaraan ervaren.
Aërobe glycolyse (hexosedifosfaatroute)
HEXOSODIFOSFAATWEG. Dit is het klassieke pad van aerobe katabolisme van koolhydraten in weefsels, verloopt in het cytoplasma tot het stadium van pyruvaatvorming en eindigt in mitochondriën met de vorming van con
Hexose-monofosfaatroute
HEXOSMONOFOSFAATWEG VOOR GLUCOSE-OMZETTING IN WEEFSEL, REACTIECHEMIE. Glucose-oxidatie langs deze route vindt plaats in het cytoplasma van cellen en wordt weergegeven door twee opeenvolgende takken
Gluconeogenese
GLUCONEOGENESE De belangrijkste bronnen van glucose voor het menselijk lichaam zijn: 1. koolhydraten uit de voeding; 2. weefselglycogeen; 3. gluconeogenese. GLUCONEOGENESE is
De belangrijkste lipiden van het menselijk lichaam, hun biologische rol
LIPIDEN zijn complexe organische stoffen van biologische aard die onoplosbaar zijn in water, maar oplosbaar in organische oplosmiddelen. LIPIDEN zijn een hoofdvoedsel. Zij zijn
Vertering van lipiden, hersynthese van vet
Vertering van lipiden. LIPIDEN afkomstig uit voedsel in de mondholte worden alleen onderworpen aan mechanische verwerking. LIPOLYTIC-enzymen worden niet in de mondholte geproduceerd. Vertering van vet
Bloedlipoproteïnen
LIPIDEN zijn in water onoplosbare verbindingen, dus voor hun transport in het bloed zijn speciale dragers nodig die in water oplosbaar zijn. Dergelijke transportvormen zijn LIPOPROTEÏNEN.
Oxidatie van hogere vetzuren
Vetweefsel, bestaande uit vetcellen, speelt een specifieke rol in het lipidenmetabolisme. Ongeveer 65% van de massa vetweefsel hangt af van het aandeel triacylglycerolen (TAG’s) dat daarin wordt afgezet – zij vertegenwoordigen
Biosynthese van IVF in weefsels
Biosynthese van IVH vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum van cellen. Vervangbare IVA's (allemaal verzadigd en onverzadigd, met één dubbele binding) worden in cellen gesynthetiseerd uit ACETYL-CoA. Voorwaarden voor bi
Cholesteroluitwisseling
Cholesteroluitwisseling. Cholesterol is een voorloper bij de synthese van steroïden: galzuren, steroïde hormonen, vitamine D3. Cholesterol is een verplichte structurele component
Vertering van eiwitten
Vertering van eiwitten in het spijsverteringskanaal Voedseleiwitten ondergaan hydrolytische afbraak onder invloed van PROTEOLYTISCHE ENZYMEN (klasse - hydrolasen, subklasse - peptidasen).
Rotting van aminozuren, neutralisatie van rottende producten
ROTTEN VAN AMINOZUREN Aminozuren die niet worden opgenomen, komen in de dikke darm terecht, waar ze gaan rotten. AMINOZUREN ROTATIE is het proces van afbraak van aminozuren onder invloed van
Aminozuurmetabolisme
Metabolisme van aminozuren De bronnen van aminozuren in de cel zijn: 1. voedseleiwitten na hun hydrolyse in de spijsverteringsorganen; 2. synthese van niet-essentiële aminozuren;
Manieren om ammoniak te neutraliseren
Ammoniak wordt gevormd uit aminozuren tijdens de afbraak van andere stikstofhoudende verbindingen (biogene aminen, NUCLEOTIDEN). Tijdens het rotten wordt een aanzienlijk deel van de ammoniak in de dikke darm gevormd. Het wordt in de gezogen
Regulatie van het metabolisme
SIGNAALMOLECULEN. De belangrijkste taken van regulering van het metabolisme en cellulaire functies: 1. intracellulaire en intercellulaire coördinatie van metabolische processen; 2. uitsluiting van “inactief”
Hypothalamische hormonen
HYPOTHALAMUS HORMONEN HYPOTHALAMUS is een onderdeel en een soort ‘uitvoerkanaal’ van het limbisch systeem. Dit is een deel van het diencephalon dat verschillende parameters van de hersenen controleert
Hypofyse hormonen
Hypofyse hormonen
Hypofysehormonen De hypofyse is verdeeld in de voorste (adenohypofyse) en de achterste kwabben (neurohypofyse). Hormonen van de adenohypofyse kunnen afhankelijk van de omstandigheden in 3 groepen worden verdeeld
Biosynthese van joodthyronines
De synthese van joodthyronines vindt plaats als onderdeel van een eiwit - thyroglobuline, dat zich in de follikels van de schildklier bevindt. Thyroglobuline is een glycoproteïne dat 115 tyrosineresiduen bevat. P
Lipidenmetabolisme
In levervetweefsel stimuleren hormonen de lipolyse. Deze effecten op het metabolisme van koolhydraten en lipiden gaan gepaard met een toename van de gevoeligheid van cellen voor de werking van adrenaline onder invloed van schildklierhormonen.
Hyposecretie
In de kindertijd leidt een verminderde secretie tot een vertraagde fysieke en mentale ontwikkeling (cretinisme). Bij volwassenen is een ernstige manifestatie van een tekort aan schildklierhormoon gemengd
Hypersecretie
Diffuse toxische struma (ziekte van Graves) is de meest voorkomende ziekte die gepaard gaat met een verhoogde productie van jodothyronines. Bij deze ziekte neemt de omvang van de schildklier toe
Bijschildklierhormonen
Parathyroïdhormoon wordt gesynthetiseerd in de bijschildklieren en bestaat uit 84 aminozuurresiduen. Het hormoon wordt opgeslagen in secretoire korrels. De uitscheiding van PTH wordt gereguleerd door het calciumgehalte in het bloed: tijdens de slaap
Gonadale hormonen
Geslachtsklierhormonen zijn steroïden van chemische aard. Er zijn: 1. Androgenen; 2. Oestrogenen; 3. Progestagenen.
Bijnierhormonen
Bijnierhormonen De bijnieren zijn endocriene klieren die de cortex en de medulla afscheiden. Steroïde hormonen worden gesynthetiseerd in de cortex en in de hersenen
Pancreashormonen
Hormonen van de alvleesklier Functies van de alvleesklier: · exocrien; · endocrien. De exocriene functie is de synthese en uitscheiding van spijsverteringsferen
Examenvragen
FACULTEIT FARMACEUTICA (AFDELING CORRESPONDENTIE) Examenvragen biologische chemie voor 3e jaars studenten (6e semester) 1. Biochemie, haar taken. Het verband tussen biochemie en f
CONFIGURATIE EN CONFORMATIE VAN EEN EIWITMOLECULE
Elektronenmicroscopie
Kan worden gebruikt om de structuur van eiwitmoleculen met een groot molecuulgewicht te bepalen - van 500.000 tot 1.000.000 Da (dalton). Dalton (Da) en kilodalton (kDa)– meeteenheden voor de eiwitmassa. 1kDa=10 3 Ja. 1 dalton is gelijk aan 1/16 van de massa van een zuurstofatoom (zuurstofmassa-eenheid).
Uit alles wat er is gezegd, kunnen we concluderen dat de ruimtelijke organisatie van eiwitten erg complex is. In de chemie is er een concept: ruimtelijk CONFIGURATIE - ruimtelijke relatieve rangschikking van delen van het molecuul die stevig zijn gefixeerd door covalente bindingen(bijvoorbeeld: behorend tot de L-serie van stereo-isomeren of tot de D-serie).
Voor eiwitten wordt het concept ook gebruikt CONFORMATIE eiwitmolecuul - een duidelijke, maar niet bevroren, niet onveranderlijke relatieve rangschikking van de delen van het molecuul. Omdat de conformatie van een eiwitmolecuul wordt gevormd met de deelname van zwakke soorten bindingen, is het mobiel (in staat tot verandering) en kan het eiwit zijn structuur veranderen. Afhankelijk van de omgevingsomstandigheden kan een molecuul in verschillende conformationele toestanden bestaan, die gemakkelijk in elkaar kunnen veranderen. Energetisch gunstig voor reële omstandigheden zijn slechts één of meerdere conformationele toestanden waartussen een evenwicht bestaat. Overgangen van de ene conformationele toestand naar de andere zorgen voor het functioneren van het eiwitmolecuul. Dit zijn omkeerbare conformationele veranderingen (die in het lichaam worden aangetroffen, bijvoorbeeld tijdens de geleiding van een zenuwimpuls, tijdens de overdracht van zuurstof door hemoglobine). Wanneer de conformatie verandert, worden enkele van de zwakke bindingen vernietigd en worden nieuwe zwakke bindingen gevormd.
De interactie van een eiwit met een stof leidt soms tot de binding van een molecuul van deze stof door een eiwitmolecuul. Dit fenomeen staat bekend als "sorptie" (bindend). Het omgekeerde proces, het vrijkomen van een ander molecuul uit een eiwit, wordt genoemd "desorptie".
Als voor een paar moleculen het sorptieproces de overhand heeft op desorptie, dan is dit al het geval specifieke sorptie, en de stof die wordt geabsorbeerd, wordt genoemd "ligand".
Soorten liganden:
1) De ligand van het enzymeiwit is het substraat.
2) Transporteiwitligand – getransporteerde substantie.
3) Antilichaam (immunoglobuline) ligand – antigeen.
4) Hormoon- of neurotransmitterreceptorligand – hormoon of neurotransmitter.
Een eiwit kan zijn conformatie niet alleen veranderen bij interactie met een ligand, maar ook als gevolg van elke chemische interactie. Een voorbeeld van een dergelijke interactie is de toevoeging van een fosforzuurresidu.
Onder natuurlijke omstandigheden hebben eiwitten verschillende thermodynamisch gunstige conformationele toestanden. Dit zijn inheemse staten (natuurlijk). Natura (lat.) – natuur.
