Главная страница
Навигация по странице:

  • История развития представлений о структуре белков. Принципы классификации белков. Сходства и отличия белков и пептидов.

  • Существуют несколько подходов к классификации белков: по форме белковой молекулы, по составу белка, по функциям.. Классификация по форме белковых молекул

  • Классификация по составу белковой молекулы Классификация по функциям

  • Физико-химические свойства белков. Растворимость белков в воде. Факторы устойчивости белковых растворов. Общие реакции на белки: цветные и осаждения. Использование этих реакций в медицинской практике.

  • Физическо-химические свойства

  • Факторы устойчивости белковых растворов

  • Реакции

  • Методы очистки, разделения и определения молекулярной массы белков и пептидов (диализ, гель-хроматография, гель-электрофорез, аффинная хроматография).

  • Первичная и вторичная структура белковой молекулы. Связи, стабилизирующие их. Особенности строения пептидной связи и их роль в формировании пространственной структуры белка. Виды вторичной структуры.

  • ответы бх. Первые вопросы аминокислоты. Строение, классификация, свойства, применение как лекарственных препаратов


    Скачать 8.37 Mb.
    НазваниеПервые вопросы аминокислоты. Строение, классификация, свойства, применение как лекарственных препаратов
    Дата21.06.2020
    Размер8.37 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаответы бх.doc
    ТипДокументы
    #57852
    страница1 из 26

    Подборка по базе: итоговые вопросы мдк.doc, Электроника Вопросы зачета 18-Рв 2019 декабрь (2).docx, 1-5 вопросы физика.docx, Контрольные вопросы.docx, экономическая история вопросы к экзамену.docx, Автор(ы) Авдеева Н Н Вопросы психологии 1997 №4 с 3-10.doc
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26

    ПЕРВЫЕ ВОПРОСЫ


    1. Аминокислоты. Строение, классификация, свойства, применение как лекарственных препаратов.


    .Аминокислоты – это органические соединения, в молекуле которых одно­временно присутствуют основная ами­ногруппа (NH2) и кислая карбок­сильная группа (СООН). К настоя­щему времени описано около 200 при­родных аминокислот, выделенных из животного и растительного материала. Все природные аминокислоты делят на две группы: п р о т е и н о г е н н ы е, или белковые (обнаружены только в белках) и н е п р о т е и н о г е н н ы е, или небелковые ( в белках не обнару­жены). 1. Протеиногенные аминокис­лоты. Аминокислоты, обнаруженные в белках, можно классифицировать по разным признакам. По строению боко­вой цепи (R-группы) различают алифа­тические, ароматические и гетероцик­лические аминокислоты, по числу аминных и карбоксильных групп - мо­ноаминомонокарбоновые (одна NH2-группа и одна СООН-группа), диами­номонокарбоновые (две NH2 -группы и одна СООН-группа), моноаминодикар­боновые (одна NH2 -группа и две СООН-группы), по положению изо­электрической точки - нейтральные, основные и кислые. Аминокислоты, содержащие в радикалах ОН - группы, называют гидроксиаминокислотами, а содержащие серу - серосодержащими кислотами. По способности к синтезу в животном организме биохимики делят аминокислоты на заменимые и незаме­нимые. Аминокислоты, содержащие NH-группы вместо NH2 - групп, назы­вают иминокислотами.

    По полярности R-групп, т.е. способно­сти R-групп к взаимодействию с водой при соответствующих внутриклеточных условиях рН (рН вблизи 7,0) , амино­кислоты делят на четыре группы: с не­полярными или гидрофобными R-груп­пами, полярными, но не заряженными R-группами, отрицательно заряжен­ными R-группами и положительно за­ряженными R-группами. Рассмотрим строение аминокислот этих групп. Рас­тения и некоторые микроорганизмы могут синтезировать все аминокислоты, нужные им для построения клеточных белков. Животный организм способен синтезировать только около половины аминокислот, необходимых ему для построения белков своего тела. Эти аминокислоты получили название з а м е н и м ы е. Остальные десять протеиногенных аминокислот живот­ные организмы синтезировать не могут и должны получать их с пищей. Эти аминокислоты называют н е з а м е н и м ы м и или о б я з а т е л ь н ы м и. К ним принадлежат: валин, изолейцин, метионин, лейцин, лизин, треонин, триптофан, фенилаланин, аргинин и гистидин. Отсутствие или недостаток в пище каких-либо незаменимых амино­кислот приводит к угрожающим жизни явлениям (задержка роста, расстройство биосинтеза белков, возникновение за­болеваний и т.п.).

    Аминокислоты широко используются в современной фармакологии. Являясь не только структурными элементами белков и других соединений, они имеют большое значение. Некоторые из них выступают в качестве нейромедиаторных веществ (глутаминовая, аспарагиновая кислоты, глицин, таурин, Ag -аминомасляная кислота и др.). Фенилаланин и тирозин являются предшественниками в биосинтезе дофамина, норадреналина, адреналина; триптофан — предшественником серотонина; гистидин — предшественником гистамина. Производными аминокислот являются энкефалины, эндорфины, динорфины и другие нейропептиды, а также высвобождающие факторы(рилизинг-факторы) гипоталамуса, гормоны гипофиза и т. д. Некоторые аминокислоты (глутаминовая, Ag -аминомасляная, метионин, глицин и др.) нашли самостоятельное применение в качестве лекарственных средств. Расширяется круг новых лекарственных препаратов, синтезируемых с использованием остатков аминокислот (см. Даларгин, Каптоприл, Тимоген и др.). Специальное значение имеют смеси аминокислот, используемые в качестве средств для парентерального питания.


    1. История развития представлений о структуре белков. Принципы классификации белков. Сходства и отличия белков и пептидов.


    Представление о белках как о классе соединений формировалось в XVIII-XIXвв. В этот период из разнообразных объектов живого мира (семена и соки растений, мышцы, хрусталик глаза, кровь, молоко и т. п.) были выделены вещества, обладающие сходными свойствами: они образовывали вязкие, клейкие растворы, свертывались при нагревании, при их высушивании получалась роговидная масса, при «анализе огнем» ощущался запах паленой шерсти или рога и выделялся аммиак.

    Поскольку все эти свойства ранее были известны для яичного белка, то новый класс веществ получил название белков.

    В начале XIXв. появились более совершенные методы элементного анализа веществ и начались исследования элементного состава белков. В последних обнаружили углерод, водород, азот, кислород, серу и фосфор. Голландский химик и врачГ. Я. Мульдер(1802-1880) предложил первую теорию строения белков. Исходя из исследований элементного состава, Мульдер пришел к выводу, что все белки содержат одну или несколько групп (радикалов) C40H62N10O2, соединенных с серой или фосфором или с тем и другим вместе. Он предложил для обозначения этой группы термин «протеин» (от греч. протейон — первый), так как считал, что это вещество «без сомнения, важнейшее из всех известных тел органического царства, и без него, как кажется, не может быть жизни на нашей планете»*.

    Представление о существовании такой группы скоро было опровергнуто, а значение термина «протеины» изменилось, и сейчас он применяется как синоним термина «белки».

    Важную роль в изучении структуры белков сыграло развитие методов их разложения кислотами и пищеварительными соками. В 1820 г. А. Браконно (Франция) подвергал многочасовому действию серной кислоты кожу и другие ткани животных, затем нейтрализовал смесь, получал фильтрат, при выпаривании которого выпадали кристаллы вещества, названного им гликоколом («клеевым сахаром»). Это была первая аминокислота, выделенная из белков. Ее структурная формула установлена в 1846 г.К концу XIXв. из белков было выделено свыше десяти аминокислот. Исходя из результатов изучения продуктов гидролиза белков, немецкий химикЭ. Фишер (1852-1919) предположил, что белки построены из аминокислот. Это положение послужило основанием для его многолетних исследований химии аминокислот и белков, завершившихся созданием в началеXXв. пептидной теории строения белков.В результате работ Э. Фишера стало ясно, что белки представляют собой линейные полимеры а-аминокислот, соединенных друг с другом амидной (пептидной) связью, а все многообразие представителей этого класса соединений могло быть объяснено различиями аминокислотного состава и порядка чередования разных аминокислот в цепи полимера.

    Первые исследования белков проводились со сложными белковыми смесями, такими, как яичный белок, сыворотка крови, экстракты из растительных и животных тканей, а подчас и цельные ткани. Лишь в конце XIXв. получили распространение методы разделения белков с помощью осаждения нейтральными солями. В 30-е годыXXв. были получены первые белки в кристаллическом состоянии.После 50-х годов начали применять современные методы фракционирования — хроматографию на гидрофильных ионообменниках, гель-фильтрацию («молекулярное просеивание»), новые методы электрофореза и др.

    На современном этапе изучения белков основными направлениями являются следующие:

    1) изучение пространственной структуры индивидуальных белков;

    2) изучение механизмов функционирования индивидуальных белков (на уровне отдельных атомов и атомных групп молекулы белка);

    3) изучение интегративной функции наборов белков, характерных для тех или иных субклеточных структур или типов клеток, а также для интегральных биохимических систем более высокого уровня, вплоть до целого организма и популяции организмов.

    Существуют несколько подходов к классификации белков: по форме белковой молекулы, по составу белка, по функциям..

    Классификация по форме белковых молекул

    Классификация по составу белковой молекулы

    Классификация по функциям





    1. Физико-химические свойства белков. Растворимость белков в воде. Факторы устойчивости белковых растворов. Общие реакции на белки: цветные и осаждения. Использование этих реакций в медицинской практике.


    Физическо-химические свойства бел­ков определяются их высокомолеку­лярной природой, компактность ук­ладки полипептидных цепей и взаим­ным расположением остатков амино­кислот. Молекулярная масса варьиру­ется от 5 до 1 млн., а константы седи­ментации - от 1 до 20 (и выше). Сред­ний удельный объем белковых молекул -0,70-0,75 см3/г, а константы диффузии - 106-108 см2/с. Максимум поглощения белков, в УФ-области спектра, обуслов­ленный наличием ароматических ами­нокислот, находится вблизи 280 нм. Белки дают ряд цветных реакций, обу­словленных наличием определенных аминокислотных остатков или химиче­ских группировок. К важнейшим из них относятся: биуретовая реакция (пептид­ные связи), ксантопротеиновая реакция (ароматические ядра остатков тирозина, триптофана, фенилаланина), Адамке­вича реакция (индольное кольцо трип­тофана), Миллона реакция (фенольный радикал тирозина), Паули реакция (имидазольное кольцо гистидина), Са­кагучи реакция (гуанидиновая группа аргинина) и нингидриновая реакция (аминограппа).
    Многие белки растворяются в воде, что обусловлено наличием на поверхности белковой молекулы свободных гидрофильных групп. Растворимость белка в воде зависит от структуры белка, реакции среды, присутствия электролитов. В кислой среде лучше растворяются белки, обладающие кислыми свойствами, а в щелочной - белки, обладающие основными свойствами. Альбумины хорошо растворяются в дистиллированной воде, а глобулины растворимы в воде только в присутствии электролитов. Не растворяются в воде белки опорных тканей (коллаген, кератин, эластини др.)
    Подавляющее большинство белков обладает гидрофильными свойствами, т.е. способностью легко взаимодействовать с молекулами воды. Гидрофильность белков обусловлена полярными заряженными и полярными незаряженными группами, расположенными на поверхности их молекул. Полярными заряженными группами в молекуле белка являются радикалы лизина, гистидина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот; полярными незаряженными - радикалы серина, треонина, тирозина, цистеина, аспарагина, глутамина и др. Гидрофильные вещества легко растворяются в воде и водных растворах.
    Растворимость белков в растворителях неодинакова и зависит от многих факторов: природы, состава и рН растворителя, ионной силы и температуры раствора, структурных особенностей молекулы данного белка и других факторов. В результате чего одни белки хорошо растворимы в воде, другие - в водных растворах нейтральных солей, третьи - в слабых растворах кислот или щелочей, четвертые - в смеси воды и органических растворителей (например, этанола или ацетона). В большинстве чистых органических растворителей белки не растворяются. Среди белков есть и нерастворимые во всех перечисленных растворителях. Это связано с особенностью их структуры.
    Факторы устойчивости белковых растворов

    Устойчивость белковым растворам придают два фактора: заряд белковой молекулы и гидратная оболочка.
    Все белки и пептиды дают цветные реакции: биуретовую – на пептидные связи и нингидриновую – на α-аминокислоты. Аминокислоты, в свою очередь, содержат разнообразные радикалы, способные вступать в специфические реакции. Это дает возможность обнаруживать белки и идентифицировать большинство аминокислот (свободных или в составе пептидов и белков) с помощью цветных реакций. Цветные реакции применяются для качественного и количественного определения белка и аминокислот. Они делятся на универсальные реакции (биуретовая и нингидриновая), которые дают все белки, и специфические, т. е. на отдельные аминокислоты, входящие в состав белковых молекул (ксантопротеиновая, реакции на триптофан, цистеин, тирозин и др.).

    Белки вступают во взаимодействие со многими соединениями (ионами металлов, кислотами и др.), а также конкурируют с ними за молекулы растворителя (воды). Во многих случаях результатом указанных процессов является осаждение белков. Реакции осаждения белков можно разделить на две группы: 1) обратимое осаждение белков (солями аммония, нейтральных щелочных и щелочноземельных металлов, спиртов) и 2) необратимое – солями тяжелых металлов, нагреванием, минеральными и органическими кислотами, а также другими реагентами, вызывающими ковалентную модификацию белков. Эффективно осаждает белки трихлоруксусная кислота, поэтому ее наиболее часто применяют для удаления белка из белковых растворов.

    Реакции осаждения белков используют в медицине для выделения и обнаружения белка в биологических жидкостях – крови, моче.



    1. Методы разделения белков, пептидов и аминокислот (электрофорез; адсорбционная, ионообменная, распределительная хроматографии).


    Для разделения белков и пептидов применяют разнообразные методы: высаливание, тепловую денатурацию, осаждение органическими растворителями, хроматографию, электрофорез, распределение в двухфазных системах и др.

    Растворение белков в воде связано с гидратацией каждой молекулы, что приводит к образованию вокруг белковой глобулы гидратных оболочек, состоящих из ориентированных в определенной форме в пространстве молекул воды. Растворы белков отличаются крайней неустойчивостью, и под действием разнообразных факторов, нарушающих гидратацию, белки легко выпадают в осадок. Поэтому при добавлении к раствору белка любых водоотнимающих средств (спирт, ацетон, концентрированные растворы нейтральных солей щелочных металлов), а также под влиянием физических факторов (нагревание, облучение и др.) наблюдаются дегидратация молекул белка и их выпадение в осадок. На этих принципах основывается метод высаливания.

    2. Высаливание

    Метод очистки белков, основанный на различиях в их растворимости при разной концентрации соли в растворе. Соли щелочных и щелочноземельных металлов вызывают обратимое осаждение белков, т.е. после их удаления белки вновь приобретают способность растворяться, сохраняя при этом свои нативные свойства.

    Чаще всего для разделения белков методом высаливания используют разные концентрации солей сульфата аммония. Чем выше растворимость белка, тем большая концентрация соли необходима для его высаливания. Этот метод нашел широкое применение в клинике для разделения глобулинов (выпадают в осадок при 50% насыщении) и альбуминов (выпадают при 100% насыщении).

    Наибольшее распространение получили хроматографические и электрофоретические методы разделения белков.

    Хроматографические методы, основанны на распределении веществ между двумя фазами, одна из которых подвижная, а другая неподвижная. В основу хроматографических методов положены разные принципы: гель-фильтрации, ионного обмена, адсорбции, биологического сродства.

    белок пептид молекулярный

    3. Гель-фильтрация, или метод молекулярных сит

    Метод разделения белков с помощью гель-фильтрационной хроматографии основан на том, что вещества, отличающиеся молекулярной массой, по-разному распределяются между неподвижной и подвижной фазами.

    Хроматографическая колонка заполняется гранулами пористого вещества (сефадекс, агароза и др.). В его структуре образуются поперечные связи и формируются гранулы с "порами", через которые легко проходят вода и низкомолекулярные вещества. В зависимости от условий можно формировать гранулы с разной величиной "пор".

    Неподвижная фаза - жидкость внутри гранул, в которую способны проникать низкомолекулярные вещества и белки с небольшой молекулярной массой. Смесь белков, нанесённую на хроматографическую колонку, вымывают, пропуская через колонку растворитель. Вместе с растворителем движутся и самые крупные молекулы.

    Более мелкие молекулы диффундируют внутрь гранул сефадекса и на некоторое время попадают в неподвижную фазу, в результате чего их движение задерживается. Величина пор определяет размер молекул, способных проникать внутрь гранул.

    Так как гелевая структура сефадекса легко деформируется под давлением, гели стали заменять более жёсткими матрицами (сефактил, той-оперл), представляющими сферические гранулы с разными размерами пор. Выбор размеров пор в гранулах зависит от целей хроматографии.

    4. Электрофорез белков

    Метод основан на том, что при определённом значении рН и ионной силы раствора белки двигаются в электрическом поле со скоростью, пропорциональной их суммарному заряду. Белки, имеющие суммарный отрицательный заряд, двигаются к аноду, а положительно заряженные белки - к катоду.

    Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге, крахмальном геле, полиакриламидном геле и др. В отличие от электрофореза на бумаге, где скорость движения белков пропорциональна только их суммарному заряду, в полиакриламидном геле скорость движения белков пропорциональна их молекулярным массам.

    Разрешающая способность электрофореза в полиакриламидном геле выше, чем на бумаге. Так, при электрофорезе белков сыворотки крови человека на бумаге обнаруживают только 5 главных фракций: альбумины, б1 глобулины, б2-глобулины, в-глобулины и г-глобулины. Электрофорез тех же белков в полиакриламидном геле позволяет получить до 18 различных фракций. Для обнаружения белковых фракций полоски бумаги или столбики геля обрабатывают красителем (чаще всего бромфеноловым синим или амидовым чёрным). Окрашенный комплекс белков с красителем выявляет расположение различных фракций на носителе.

    5. Ионообменная хроматография

    Так же как и электрофорез, метод основан на разделении белков, различающихся суммарным зарядом при определённых значениях рН и ионной силы раствора. При пропускании раствора белков через хроматографическую колонку, заполненную твёрдым пористым заряженным материалом, часть белков задерживается на нём в результате электростатических взаимодействий.

    В качестве неподвижной фазы используют ионообменники - полимерные органические вещества, содержащие заряженные функциональные группы.

    Различают положительно заряженные анионообменники, среди которых наиболее часто используют диэтиламиноэтилцеллюлозу (ДЭАЭ-целлюлозу), содержащую катионные группы, и отрицательно заряженные катионообменники, например карбоксиметилцеллюлозу (КМ-целлюлозу), содержащую анионные группы.

    Выбор ионообменника определяется зарядом выделяемого белка. Так, для выделения отрицательно заряженного белка используют анионообменник. При пропускании раствора белка через колонку прочность связывания белка с анионообменником зависит от количества отрицательно заряженных карбоксильных групп в молекуле. Белки, адсорбированные на анионообменнике, можно смыть буферными растворами с различной концентрацией соли, чаще всего NaCI, и разными значениями рН. Ионы хлора связываются с положительно заряженными функциональными группами анионообменника и вытесняют карбоксильные группы белков.

    6. Ультрацентрифугирование

    Метод разделения основан на различии в молекулярных массах белков. Скорость оседания веществ в процессе вращения в ультрацентрифуге пропорционально их молекулярной массе.

    На поверхность буферного раствора, помещённого в кювету, наносят тонкий слой смеси белков. Кювету помещают в ротор ультрацентрифуги. При вращении ротора в течение 10-12 ч более крупные молекулы (с большей молекулярной массой) оседают в буферном растворе с большей скоростью. В результате в кювете происходит расслоение смеси белков на отдельные фракции с разной молекулярной массой. После расслоения белковых фракций дно кюветы прокаливают иглой и по каплям собирают содержимое небольшими порциями в пробирки.

    7. Аффинная хроматография, или хроматография по сродству

    Это наиболее специфичный метод выделения индивидуальных белков, основанный на избирательном взаимодействии белков с лигандами, прикреплёнными к твёрдому носителю. В качестве лиганда может быть использован субстрат или кофермент, если выделяют какой-либо фермент, антигены для выделения антител и т.д. Через колонку, заполненную иммобилизованным лигандом, пропускают раствор, содержащий смесь белков. К лиганду присоединяется только белок, специфично взаимодействующий с ним; все остальные белки выходят с элюатом. Белок, адсорбированный на колонке, можно снять, промыв её раствором с изменённым значением рН или изменённой ионной силой.

    Аффинная хроматография отличается высокой избирательностью и помогает очистить выделяемый белок в тысячи раз.



    1. Методы очистки, разделения и определения молекулярной массы белков и пептидов (диализ, гель-хроматография, гель-электрофорез, аффинная хроматография).


    Для разделения белков и пептидов применяют разнообразные методы: высаливание, тепловую денатурацию, осаждение органическими растворителями, хроматографию, электрофорез, распределение в двухфазных системах и др.

    Определение молекулярной массы пептидов и белков методом массспектрометрии отражает аминокислотный состав анализа и присутствие модификаций.

    В настоящее время для разделения и очистки пептидов и белков активно используются хроматографические методы в таких вариантах как обращеннофазовая, нормально-фазовая, гель-фильтрационная , аффинная, иммунная. Наиболее универсальным методом определения чистоты пептидов и белков является обращенно-фазовая хроматография (ОФ ВЭЖХ), основанная на использовании широкого спектра гидрофобных неподвижных фаз



    1. Первичная и вторичная структура белковой молекулы. Связи, стабилизирующие их. Особенности строения пептидной связи и их роль в формировании пространственной структуры белка. Виды вторичной структуры.


    Первичная структура —последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка. 

    Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями меду атомами кислорода и водорода и пептидных групп одной полипептидной цепи.


    Для формирования уникальной пространственной структуры каждого белка необходимо, чтобы образовалось определен-ное (оптимальное в каждом случае) число таких специфических контактов. На пути к достижению оптимального варианта возможны ошибки, образо-вание “неправильных” контактов; в этом случае происходит перебор разных вариантов структуры

    1.   1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26


    написать администратору сайта