Белки Введение в молекулярную биофизику Лекция 3

Белки План лекции Белки Функции белковФункции белков Первичная структура белковПервичная структура белков изомерия изомерия структура аминокислот и их классификация структура аминокислот и их классификация пептидная связь пептидная связь Вторичная структура белковВторичная структура белков α-спирали и β-складки (листы) α-спирали и β-складки (листы) Третичная структура белковТретичная структура белков Четвертичная структура белковЧетвертичная структура белков Использование данных о свойствах белковИспользование данных о свойствах белков

Функции белков Овчинников Ю.А., Биоорганическая химия 1.Ферменты (рибонуклеаза, ДНК- и РНК-полимеразы и др.) 2.Защитные белки (иммуноглобулины, интерферон и др.) 3.Двигательные (актин, миозин и др.) 4.Структурные (коллаген, фибрин, кератин и др.) 5.Запасные (казеин, яичный альбумин и др.) 6.Антибиотики (актиноксантин и др.) 7.Токсины (ботулинический и дифтерийный токсины и др.) 8.Транспортные белки (гемоглобин, миогемоглобин, цитохром и др.) 9.Регуляторные белки (гистоны, репрессоры, факторы инициации и др.) 10.Рецепторные белки (родопсин, холинорецептор и др.) 11.Гормоны (инсулин, гормон роста и др.)

Строение белков: природные аминокислоты

α В структуру белков аминокислоты встречаются в α-форме Первичная структура белков: природные аминокислоты Первичная структура – последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи

Первичная структура белков: природные аминокислоты

Первичная структура белков: природные аминокислоты L- и D-изомеры L-аминокислоты D-аминокислоты В структуру белков аминокислоты входят, как правило, в L-конформации Зеркальная изомерия аланина (все кроме глицина, Gly)

Первичная структура белков: природные аминокислоты

Первичная структура белков: пептидная связь Пептидная связь - вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (СООН) другой аминокислоты Вода +

Первичная структура белков: направление цепи N-конец С-конец

Первичная структура белков: пептидная связь Наблюдается резонанс между двумя формами пептидной связи (а и б) частично кратная С-N связь (в) частично кратная С-N связь (в) Вращение вокруг связи C-N затруднено (барьер вращение составляет ~63-84 кДж/моль)

Первичная структура белков: природные аминокислоты цис- и транс-изомеры транс-форма В структуру белков аминокислоты входят, как правило, в транс-форме цис-форма

Первичная структура белков: двугранные углы Обычно ω=180°. Конформация белка определяется углами φ и ψ.

Вторичная структура белков: α-спирали и β-листы Вторичная структура локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями α-спираль β-лист β-разворот φ=-58 ° ψ=-47 ° φ=180 ° ψ=180 ° φ=-60 ° ψ=-30 °

Вторичная структура белков: α-спирали и β-листы Карта Рамачандрана Карта Рамачандрана способ визуализации двугранных углов. Она показывает какие из них возможны, а какие нет.

Вторичная структура белков: левые спирали Я. Кольман, К.-Г. Рём, Наглядная биохимия

Вторичная структура белков: α-спирали α-спираль φ=-58 ° ψ=-47 ° α-спираль – как правило в природе встречается в виде правой спирали α-спираль α-спираль: Шаг спирали 5.4 A Период 3.6 а.к. на 1 виток Формирование водородных связей O(i)-N(i+4) Водородные связи параллельны оси спирали

Вторичная структура белков: спирали α-спираль φ=-58 ° ψ=-47 ° Параметры α-спирали могут изменяться за счет упаковки в белке или под действие внешних сил (факторов окружающей среды – растворители, ионы) α-спираль Период спирали (а.к.) Количество атомов между водородными связями

Вторичная структура белков: β-листы параллельные антипараллельные

Вторичная структура белков: β-разворот β-разворот – разворот между двумя β-листами на 180°

Третичная структура белков Третичная структура - пространственная форма, которую принимает ее молекулярная цепочка за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов

Четвертичная структура - форма молекулы, которую она приобретает, связываясь в комплекс с другими биомолекулами Четвертичная структура белков

Микротрубочки Участвуют в формировании клеточного каркаса, выполняя опорную функцию Структурная единица - гетеродимер белка тубулина, состоящий из α- и β-субъединиц (53 и 55 кДа), Четвертичная структура белков

Гистоны

Задачи молекулярной биофизики белков На основании знаний о первичной структуре белков уметь прогнозировать их свойства: вторичную, третичную и четвертичную структуры и эффективность их формирования, гидрофобные свойства, конформационную подвижность и т.д. Выявление связей между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов (структурой) и биологическими особенностями их жизнедеятельности (функциями)

Предсказание вторичной, третичной и четвертичной структуры белков структуры белков

Задачи решаемые биофизикой для направлений: Биотехнологии Диагностика Лечение заболеваний Бионанотехнологии (молекулярные машины)

Задачи решаемые биофизикой для направлений:

Задачи решаемые биофизикой для направлений:

Задачи решаемые биофизикой для направлений: