Первичная структура белков

Практическая работа №1

Белки играют решающую роль практически во всех биологических процессах. Значение и удивительное разнообразие их функций определяется первичной структурой белков. Белки во всех организмах, независимо от их функций и биологической активности, построены из одного и того же основного набора 20 стандартных аминокислот (в составе белков встречаются и нестандартные аминокислоты, представляющие собой, как правило, производные стандартных аминокислот). Выделяют несколько основных классов белков: ферменты, транспортные, пищевые и запасные, сократительные и двигательные, структурные, защитные и регуляторные белки.

По форме молекул белки можно разделить на две большие группы - глобулярные (одна или большее число полипептидных цепей свернуты в плотную компактную структуру сферической, или глобулярной, формы) и фибриллярные (нерастворимые в воде длинные нитевидные молекулы, полипептидные цепи которых не имеют глобулярной формы). К глобулярным белкам относят практически все ферменты, транспортные белки, антитела, пищевые белки. Как правило, все глобулярные белки хорошо растворимы в воде. Большинство фибриллярных белков выполняет структурные или защитные функции.

По наличию или отсутствию в белке неаминокислотной частиони делятся на простые(состоящие только из аминокислот) и сложные(имеющие в своем составе компонент неаминокислотной природы).

Полипептидную часть сложного белка называют апопротеином,неаминокислотный компонент - простетическойгруппой, а весь белок - холопротеином.В каждую из этих функциональных групп входит огромное количество индивидуальных белков.

Большинство белков произошло от ограниченного числа предковых генов.

1 Аминокислоты, входящие в белки. Пептидная связь.Аминокислоты – это мономеры, из которых состоит полимерная молекула любого белка. В состав белков входят 20 a-аминокислот, общая формула которых

2 Аминокислоты различаются по строению, размерам, физико-химическим свойствам радикалов, присоединенных к a-углеродному атому (хиральный центр).Функциональные группы аминокислот определяют особенности свойств разных a-аминокислот. В a-аминокислотах можно выделить:

анионные группы: катионные группы:

полярные незаряженные группы: неполярные группы:

алифатические цепи, ароматические циклы.

Пролинв отличие от других 19 мономеров белков не аминокислота, а иминокислота, радикал в пролине связан как с a-углеродным атомом, так и с аминогруппой.

Некоторые функциональные группы в радикалах аминокислот появляются после синтеза белка.

3 Аминокислоты различаются по их растворимости в воде.Это связано со способностью радикалов взаимодействовать с водой (гидратироваться).

К гидрофильным относятся радикалы, содержащие анионные, катионные и полярные незаряженные функциональные группы.

К гидрофобным относятся радикалы, содержащие метильные группы, алифатические цепи или циклы.

4 Пептидные связи соединяют аминокислоты в пептиды,a-карбоксильная группа одной аминокислоты может реагировать с a-аминогруппой другой аминокислоты с образованием пептидной связи.

Пептидные цепи белков представляют собой полипептиды, т.е. линейные полимеры a-аминокислот, соединенных пептидной связью:

Мономеры аминокислот, входящих в состав полипептидов, называются аминокислотными остатками.Цепь повторяющихся групп ¾NH¾CH¾CO¾ называется пептидным остовом.Аминокислотный остаток, имеющий свободную a-аминогруппу, называется N-концевым, а имеющий свободную a-карбоксильную группу - С-концевым.

Пептиды пишутся и читаются с N-конца.

Пептидная связь, образуемая иминогруппой пролина, отличается от других пептидных связей: у атома азота пептидной группы отсутствует водород, вместо него имеется связь с радикалом.

Пептиды различаются количеством аминокислот, аминокислотным составом и порядком соединения аминокислот. Сер—Ала—Глу—Гис и Гис—Глу—Ала—Сер - два разных пептида.

Пептидные связи очень прочные, и для их химического неферментативного гидролиза требуются жесткие условия: высокие температура и давление, кислая среда и длительное время.

В живой клетке, где нет таких условий, пептидные связи могут разрываться с помощью протеолитических ферментов, называемых протеазами или пептидгидролазами.

Наличие пептидных связей в белке можно определить с помощью биуретовой реакции.

Свободное вращение в пептидном остове возможно между атомом азота пептидной группы и соседним a-углеродным атомом, а также между a-углеродным атомом и углеродом карбонильной группы. Благодаря этому линейная структура может приобретать более сложную пространственную конформацию.

Задания

1 Заполните таблицу.

Таблица 1.1 - Классификация аминокислот по полярности радикалов

Свойства радикала	Полное и сокращенное название аминокислоты	Строение аминокислоты	Название функциональной группы радикалов
Гидрофобные
Гидрофильные: незаряженные катионные анионные

2. Напишите формулу пентапептида:

Асп—Вал— Глу—Фен—Лиз.

3 Выделите в пептиде повторяющиеся группы, образующие пептидный остов, и вариабельные группы, представленные радикалами аминокислот.

4 Обозначьте в пептиде N- и С-концы.

5 Подчеркните пептидные связи.

6 Напишите другой пептид, состоящий из тех же аминокислот.

7 Классифицируйте аминокислоты по полярности радикалов:

1) Иле. А) Полярная с катионной группой.

2) Асн. Б) Полярная с анионной группой.

3) Глу. В) Полярная незаряженная.

4) Гис. Г) Неполярная.

5) Сер.

8 Укажите аминокислоты, которым принадлежат следующие радикалы:

9 Выберите характеристики аминокислот, входящих в состав белков:

А) a-Аминокислоты.

Б) В состав белков входят все 20 известных в природе аминокислот.

В) Различаются боковыми радикалами.

Г) В составе радикала всегда имеется гидрофильная функциональная группа.

Д) Среди аминокислот имеется иминокислота.

10 Функциональные группы радикалов аминокислот определяют их свойства.

а) подберите названия функциональных групп, присутствующих в радикалах данных аминокислот:

Арг. А) Карбоксильная группа.

Цис. Б) Гидроксильная группа.

Асп. В) Гуанидиновая группа.

Тир. Г) Тиольная группа.

Д) Аминогруппа;

б) выберите из перечисленных ниже аминокислот те, радикалы которых плохо растворимы в воде (неполярные) и хорошо растворимы в воде (полярные):

Сер, Про, Лей, Тир, Глу, Глн, Лиз.

11 Пептиды – это полимеры a-аминокислот.

а) напишите трипептид: Арг—Про—Фен. Укажите N- и С-концы пептида, пептидные связи, пептидный остов и радикалы аминокислотных остатков;

б) напишите трехбуквенными символами и подсчитайте количество возможных вариантов трипептидов с аналогичным аминокислотным составом.

12 Первичная структура индивидуального белка специфична.

а) дайте определение первичной структуры белка;

б) правильно ли утверждение, что 20 природных аминокислот обеспечивают структурное многообразие белков, потому что аминокислоты могут соединяться в белках в различной последовательности?

в) первичные структуры разных индивидуальных белков отличаются друг от друга:

А) Общим количеством аминокислот, входящих в состав белка.

Б) Количеством отдельных аминокислот.

В) Соотношением отдельных аминокислот в белке.

Г) Порядком чередования аминокислот.

Д) Способом связи отдельных аминокислот;

г) вспомните, какие связи соединяют отдельные аминокислоты в белке. Опишите условия, необходимые для их неферментативного гидролиза;

д) все ли 20 аминокислот непременно присутствуют во всех индивидуальных белках? Ответ аргументируйте, используя данные о строении коллагена.

13 Основные этапы изучения первичной структуры белков.

а) с помощью какого химического реактива можно идентифицировать N-концевую аминокислоту?

А) Нингидрина.

Б) Фенилизотиоцианата.

В) Биуретового.

Г) Милона.

Д) Лоури;

б) решите задачу.

Определите последовательность аминокислот в гексапептиде, используя следующие данные:

1) изучение аминокислотного состава пептида показало наличие в нем Ала, Гис, Вал, Глу, Сер, Лей;

2) N-концевой аминокислотой данного пептида является Сер;

3) частичным гидролизом получены 4 фрагмента данного пептида, где через запятую даны аминокислоты, порядок соединения которых не установлен, а через тире – аминокислоты, связанные друг с другом пептидной связью: Сер—Гис; Вал—Глу; Гис—(Лей, Вал, Глу); Вал—(Глу, Ала).

14 Изменение первичной структуры белков лежит в основе возникновения наследственных болезней.

Решите задачу. Основная функция белка – гемоглобина А (НbА) – транспорт кислорода к тканям. Известны множественные формы этого белка с измененными свойствами и функцией, так называемые аномальные гемоглобины. Например, установлено, что гемоглобин S, обнаруженный в эритроцитах больных серповидно-клеточной анемией (НbS), имеет низкую растворимость в условиях низкого парциального давления кислорода (как это имеет место в венозной крови). Это приводит к образованию агрегатов данного белка. Белок теряет свою функцию, выпадает в осадок, а эритроциты приобретают неправильную форму (в виде серпа) и быстрее обычного разрушаются в селезенке. В результате развивается серповидно-клеточная анемия.

Единственное различие в первичной структуре НbА и НbS обнаружено в N-концевом участке b-цепи гемоглобина.

НbА: Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Глу—Глу—Лиз—

НbS: Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Вал—Глу—Лиз—

сравните последовательность аминокислот N-концевого участка НbА и НbS;

напишите формулы аминокислот, по которым различаются НbА и НbS, сравните свойства этих аминокислот (полярность, заряд); сделайте вывод о причине снижения растворимости НbS.

1.2 Контрольные вопросы

1 Классификация аминокислот на основе их R-групп.

2 Что такое пептид, пептидная связь, аминокислотный остаток, пептидный остов?

3. Чем простые белки отличаются от сложных?

4. Перечислите основные классы белков.

5 Какие изомеры аминокислот вы знаете?

6 Что такое хиральный центр?

7 Сколько хиральных центров в аминокислотах (приведите примеры)?

8 В какой стереоизомерной форме встречаются биологически активные соединения в природе?

9 Что такое рацемическая смесь?