Вопрос11 Конформационная лабильность белков. Денатурация, признаки и факторы ее вызывающие. Защита от денатурации специализированными белками теплового шока (шаперонами).

А. Конформационная лабильность белков

Конформационная лабильность белков – склонность к небольшим

изменениям конформации за счёт разрыва одних и образования других слабых связей.

Т.к. белки состоят из огромного числа атомов, находящихся в постоянном

(броуновском) движении, это приводит к небольшим перемещениям отдельных участков ППЦ, которые обычно не нарушают общую структуру белка и его функции.

Конформация белка может меняться при изменении физ. и хим. свойств среды, а

также при взаимодействии белка с другими молекулами. При этом происходит изменение пространственной структуры не только участка, контактирующего с другой молекулой, но и конформации белка в целом. Эти изменения играют огромную роль в функционировании белков в живой клетке.

Б. Денатурация, признаки и факторы ее вызывающие.

Денатурация белка – разрыв большого количества слабых связей в молекуле

и потеря нативной конформации, сопровожд. утратой специфической функции белков.

В денатурированном белке гидрофобные радикалы, оказываются на поверхности.

При отсутствии сильного отталкивающего заряда молекулы могут объединяться друг с другом гидрофобными взаимодействиями, при этом растворимость белка снижается и происходит образование осадка (признак денатурации).

Факторы, вызывающие денатурацию белков:

• Высокая температура (более 50 °С), увеличивающая тепловое движение атомов в молекуле и приводящая к разрыву слабых связей.

• Интенсивное встряхивание раствора, приводящее к соприкосновению белковых молекул с воздушной средой на поверхности раздела фаз и изм-ю конформации

• Орг. вещества (например, этиловый спирт, фенол и его производные) способны взаимодействовать с функциональными группами белков, что приводит к их конформационным изменениям.

• Кислоты и щелочи, изменяя pH среды, вызывают перераспределение связей в молекуле белка.

• Соли тяжёлых Ме (Cu, Pb и др.) образуют прочные связи с важными функц. группами белков (чаще всего с -SН), изменяя их конформацию и активность.

• Детергенты – вещества, содержащие гидрофобный УВ-радикал и гидрофильную функц. группу (амфифильные вещества). Гидрофобные радикалы белков взаимодействуют с гидрофобными частями детергентов, что изменяет конформацию белков.

В. Защита от денатурации специализированными белками теплового шока (шаперонами).

Белки теплового шока (БТШ или HSP) - шапероны, участвующие в защите

клеточных белков от денатурирующих воздействий.

При действии различных стрессовых факторов (высокая температура, изменение

pH среды и т. д.) в клетках усиливается синтез БТШ. Имея высокое сродство к гидрофобным участкам частично денатурированных белков, они могут препятствовать их полной денатурации и восстанавливать нативную конформацию белков.

Кратковременные стрессовые воздействия увеличивают выработку БТШ и

повышают устойчивость организма к длительным стрессовым воздействиям.

Вопрос 12 Принципы классификации белков. Классификация по составу и биологическим функциям, примеры представителей отдельных классов.

А. Принципы классификации белков.

• По химическому строению (наличие или отсутствие небелковой части);

• По выполняемым функциям (транспортные, защитные, структурные белки и др.);

• По форме молекул (глобулярные или фибриллярные);

• По молекулярной массе (низкомолекулярные, высокомолекулярные и др.);

• По локализации в клетке (ядерные, цитоплазматические, лизосомальные и др.);

• По локализации в организме (белки крови, печени, сердца и др.);

• По возможности адаптивно регулировать количество данных белков: белки,

синтезирующиеся с постоянной скоростью (конститутивные), и белки, синтез которых может усиливаться при воздействии факторов среды (индуцибельные);

• По продолжительности жизни в клетке (от очень быстро обновляющихся белков, с

Т¹/₂ менее 1 ч, до очень медленно обновляющихся белков, т^Т/₂ которых исчисляют неделями и месяцами);

• По схожим участкам первичной структуры и родственным функциям

(семейства белков).

Б. Классификация по составу.

Простые белки - содержат в своём составе только полипептидные цепи,

состоящие из аминокислотных остатков.

Например: гистоны – в их составе содержится много аминокислотных остатков

лизина и аргинина, радикалы которых имеют положительный заряд

Сложные белки – содержат кроме полипептидных цепей, в составе

небелковую часть (простетическую группу), присоединённую к белку слабыми или ковалентными связями. Небелковая часть может быть представлена ионами металлов, какими-либо органическими молекулами с низкой или высокой молекулярной массой:

• Гем – гемопротеины.

• Остатки фосфорной кислоты – фосфопротеины.

• Углеводные остатки – гликопротеины (многие белки крови).

• Липиды – липопротеины.

• Металлы – металлопротеины.

Холопротеин – сложный белок, состоящий из белковой части (апопротеин) и

небелковой части (простетическая группа).

В. Классификация по биологическим функциям.

1.Ферменты – специализированные белки, ускоряющие течение химических

реакций. Так как ферменты, как и любые белки, имеют активный центр, они специфически связывают определённый лиганд и катализируют определённый тип химического превращения данной молекулы.

Например: протеолитич. ф. трипсин разрушает в белках пептидные связи,

образованные карбоксильной группой основных аминокислот – аргинина или лизина.

2. Регуляторные белки – группа белковых гормонов, участвующих в поддержании

постоянства внутренней среды организма, которые воздействуют на специфические клетки-мишени. Также сюда относят белки, присоединение которых к другим белкам или иным структурам клетки регулирует их функцию

Например: гормон инсулин выделяется в кровь при повышении конц. глюкозы в

крови после еды и, стимулируя использование глюкозы клетками, снижает концентрацию глюкозы до нормы, т.е. восстанавливает гомеостаз.

Например: белок кальмодулин в комплексе с четырьмя ионами Са²⁺ может

присоединяться к некоторым ферментам, меняя их активность.

3. Рецепторные белки – сигнальные молекулы (гормоны, нейромедиаторы)

действуют на внутриклеточные процессы через взаимодействие со специфическими белками-рецепторами, обычно встроенными в клет.мембрану.

4. Транспортные белки – белки крови, участвующие в переносе специфических

лигандов или других молекул из одного органа к другому.

Например: белок плазмы крови альбумин переносит жирные кислоты и билирубин,

а гемоглобин эритроцитов участвует в переносе O₂ от лёгких к тканям.

6. Защитные белки – белки, в частности иммуноглобулины, обладают

способностью узнавать и связывать чужеродные молекулы, вирусные частицы и бактерии, в результате чего происходит их нейтрализация.

Например: фибриноген, тромбин, которые участвуют в формировании тромба,

закупоривающего поврежденный сосуд.

7. Сократительные белки – белки, наделяющие клетку способностью либо

сокращаться, либо передвигаться.

Например: актин и миозин – фибриллярные белки, участвующие в сокращении

скелетных мышц. 

Вопрос 13 Иммуноглобулины, классы иммуноглобулинов, особенности строения и функционирования.

Иммуноглобулины, или антитела – специфические белки, вырабатываемые В-

лимфоцитами в ответ на попадание в организм чужеродных структур (антигенов)

Строение на примере IgG: молекула состоит из 4х ППЦ: двух идентичных лёгких,

содержащих около 220 аминокислотных остатков, и двух тяжёлых, состоящих из 440 аминокислот каждая. Все 4 цепи соединены друг с другом множеством нековалентных и четырьмя дисульфидными связями. Поэтому молекулу IgG относят к мономерам.

Лёгкие цепи IgG состоят из 2 доменов:

• Вариабельного (V_L), находящегося в N-концевой области полипептидной цепи,

• Константного (C_L), расположенного на С-конце.

Каждый из доменов состоит из 2 слоёв с β-складчатой структурой, где участки

полипептидной цепи лежат антипараллельно. β-Слои связаны ковалентно дисульфидной связью примерно в середине домена.

Тяжёлые цепи IgG имеют 4 домена:

• Один вариабельный (V_H), находящийся на N-конце

• Три константных (С_Н1, С_Н2, С_H3)

Домены тяжёлых цепей IgG имеют гомологичное строение с доменами лёгких цепей.

Между двумя константными доменами тяжёлых цепей С_Н1 и С_Н2 есть т.н. «шарнирная область», содержащая большое количество остатков пролина, которые препятствуют формированию вторичной структуры и взаимодействию соседних Н-цепей на этом отрезке – она придает молекуле гибкость.

Между вариабельными доменами тяжёлых и лёгких цепей находятся два

идентичных участка, связывающих два одинаковых специфических антигена, поэтому такие антитела часто называют «биваленты». 

В связывании антигена с антителом участвует не вся АК последовательность

вариабельных доменов обеих цепей, а всего лишь 20-30 аминокислот, расположенных в гипервариабельных областях каждой цепи. Именно эти области определяют уникальные способности каждого клона антител взаимодействовать с соответствующим антигеном.

Функции: обнаружение и связывание чужеродных антигенов, находящихся в

организме вне его клеток. Благодаря связыванию антигена с антителом облегчается процесс дальнейшего разрушения чужеродных веществ.

Особенности строения тяжёлых цепей придают их «шарнирным участкам» и

С-концевым областям, характерную для каждого класса конформацию. Связывание антигена с антителом изменяет конформацию константных доменов тяжёлых цепей, что определяет путь разрушения комплекса в организме (связывание с белками системы комплемента или поглощение комплекса фагоцитирующими клетками).

Специфичность пути разрушения комплекса антиген-антитело зависит от класса антител.

Классы иммуноглобулинов: существует 5 классов тяжелых цепей

иммуноглобулинов, отличающихся по строению константных доменов, в соответствии с ними выделяют и 5 классов иммуноглобулинов

1. Иммуноглобулины М – первый класс антител, синтезирующийся в

развивающихся В-лимфоцитах. Различают 2 формы иммуноглобулинов М: мономерная (мембранно-связанная форма) и пентамерная (секретируемая В-лимфоцитами, в кровь):

• Мембранно-связанная форма – мономерная. Созревающие В-лимфоциты,

синтезируют мономерные бивалентные молекулы IgM, которые встраиваются в плазматическую мембрану клеток и играют роль первых антиген-распознающих рецепторов.

Прикрепление IgM к мембране осуществляется с помощью гидрофобного участка,

находящегося в С-концевой («хвостовой») области тяжёлых цепей. Взаимодействие антигена с рецептором на поверхности В-лимфоцита, вызывает его размножение и образование целого клона лимфоцитов, происходящих из одной, стимулированной антигеном клетки.

• Секреторная форма - пентамерная. Когда В-лимфоциты впервые встречаются в

жидкостях организма с неизвестным ранее антигеном, они синтезируют и секретируют в кровь IgM, которые содержат пять мономерных субъединиц, связанных друг с другом дисульфидными связями и дополнительной полипептидной J-цепью. В тяжёлых цепях их мономеров отсутствует гидрофобная «хвостовая» часть.

Пентамерная молекула содержит 10 участков связывания с антигеном, что

облегчает вероятность прикрепления неизвестного ранее антигена к иммуноглобулину. Взаимодействие антигена с IgM изменяет его конформацию и индуцирует связывание его «хвостовой» области с первым компонентом системы комплемента. Если антиген расположен на поверхности микроорганизма, активирование системы комплемента вызывает нарушение целостности клеточной мембраны и гибель бактериальной клетки.

2. Иммуноглобулины G – секретируются активированными В-лимфоцитами,

в больших количествах при вторичном иммунном ответе, когда антиген повторно попадает в организм.

• У человека обнаружено 4 подкласса IgG: IgGg₁, IgGg₂, IgGg₃, IgGg₄

Порядковый номер указывает на содержание подкласса в сыворотке

(в наибол. кол-ве содержится IgGg1, а в наименьшем – IgGg₄)

IgG эффективно связывают и инактивируют чужеродные молекулы и клетки,

попавшие в организм, и облегчают их дальнейшее уничтожение. Конформационные изменения в «хвостовой» области IgG после его взаимодействия с антигеном приводят к связыванию и активации белков системы комплемента.

С-концевая область IgG способна взаимодействовать со специфическими

рецепторами макрофагов и нейтрофилов, что приводит к фагоцитозу комплексов антиген-антитело и разрушению их в фагосомах.

Единственный класс, который может проникать через плацентарный барьер

3. Иммуноглобулины А – основной класс антител, присутствующий в секретах

желёз организмат (слюна, пищеварит. сок). Мономерная форма по строению напоминает IgG, но секретах IgA находится в основном в форме димера, где мономеры соединены доп. пептидной цепью J.

Транспорт IgA через эпител. кл. в протоки желез: на базальной поверхности

эпителиальных клеток димер IgA специфически взаимодействует с белками клеточной поверхности (эти белки – т.н. секреторный компонент) и этот комплекс эндоцитозом поглощается внутрь клетки, где подвергается действию протеолитических ферментов, и свободный димер высвобождается во внеклеточное пространство.

Образующийся при взаимодействии IgA с антигеном комплекс не взаимодействует

с белками системы комплемента и фагоцитирующими клетками, но препятствует прикреплению антигенов к поверхности эпителиальных клеток и проникновению их в организм. 

4. Иммуноглобулины E – мономеры, содержат 4 константных домена.

После синтеза и секреции в кровь В-лимфоцитами IgE связываются своими

С-концевыми участками с соответствующими рецепторами на поверхности тучных клеток и базофилов и становятся рецепторами антигенов на их пов-ти.

После присоединения антигена хотя бы к двум антигенсвязывающим участкам

двух соседних IgE клетка получает сигнал к секреции биолог. акт. в-в (серотонина, гистамина), хранящихся в секреторных пузырьках. Выброс этих веществ ответственен за развитие воспалительной и аллергической реакций

5. Иммуноглобулины D - играют роль рецепторов В-лимфоцитов; других

функций у IgD пока не выявлено.