Классификация белков

Классификация белков

 

I. Простые белки (протеины).

 Альбумины — глобулярные  белки. Растворимы в чистой воде и солевых растворах. Осаждаются при насыщении раствора сернокислым аммонием. Типичные представители: яичный альбумин, альбумин сыворотки крови

 Глобулины — глобулярные  белки, но более высокого молекулярного  веса. Растворимы в разведенных растворах солей, не растворимы в чистой воде. Осаждаются в полунасыщенном растворе сернокислого аммония. К этой группе относятся глобулины сыворотки крови, молока, эдестин конопли и ряд других животных и растительных Б.

 Проламины (глиадины) — белки семян злаков. Растворимы в 70—80% спирте и не растворимы в воде. Относительно богаты пролином и глютаминовой кислотой. Типичные представители: глиадин пшеницы, гордеин ячменя, зеин кукурузы.

 Глютелины — белки злаков. Растворимы в разведенных кислотах или щелочах, но не в нейтральных растворах.

 Склеропротеины (альбуминоиды, протеиноиды) — нерастворимые в  воде, солевых растворах, разведенных  кислотах и щелочах Б., главным  образом животного происхождения, несущие структурные (чаще опорные) функции. Склеропротеины — обычно  фибриллярные белки, весьма устойчивые  к действию пищеварительных ферментов. К ним относятся фибриллярные  Б. соединительной ткани, коллагены, содержащиеся в костях, коже, сухожилиях. Для коллагенов характерно образование  при нагревании с водой желатины, которая застывает в гель при  охлаждении, плавится при нагревании. Коллагены содержат много пролина и особенно оксипролина. Другую группу соединительнотканных Б. представляют эластины. К склеропротеинам относятся также кератины волос, шерсти, богатые цистином, и фиброины шелка, паутины и т. п.

 Протамины — Б. основного  характера, содержащиеся в сперме  некоторых рыб и других животных  в виде комплексов с ДНК. Имеют  сравнительно небольшой мол. вес, содержат очень много аргинина и немного некоторых моноаминомонокарбоновых кислот. Иногда в их состав входят лизин и гистидин. Наиболее изучены клупеин (протамин из спермы сельди), сальмин (из спермы лосося).

 Гистоны — Б. менее  выраженного основного характера, богатые диаминомонокарбоновыми кислотами. Входят в состав нуклеопротеидов клеточных ядер.

II. Сложные белки (протеиды).

 Нуклеопротеиды — комплексы  Б. с нуклеиновыми кислотами (см.). Имеют очень высокий молекулярный вес. Играют важнейшую роль в биосинтезе Б. в организме, в передаче наследственных признаков и т. п.

 Мукопротеиды — белки, содержащие мукополисахариды — углеводные группировки кислого характера (муцины, мукоиды). Содержатся главным образом в слизях, слюне, синовиальной жидкости и т. п. (см. Мукопротеиды).

 Фосфопротеиды содержат фосфорную кислоту, обычно в виде сложного эфира с оксигруппой серина. Главные представители: казеин молока, вителлин яичного желтка (см. Фосфопротеиды).

 Металлопротеиды — комплексы белков с металлами или органическими группировками, содержащими атомы металлов. К ним относятся многие хромопротеиды (Б., содержащие окрашенные группировки), например гемоглобин (см.) и другие пигменты крови, многие ферменты, например оксидазы, содержащие железо или медь, и др.

 Липопротеиды — комплексы  Б. с различными липидами. В крови  играют большую роль в переносе  липидов. Входят в состав клеточных  оболочек и внутренних мембран  клеточных структур (см. Липопротеиды).

Иммуноглобулины (Ig), глобулярные белки, содержащиеся в сыворотке крови позвоночных животных и человека. И. образуют группу близких по химической природе соединений, в состав которых входят также углеводы. По-видимому, все И. являются антителами к каким-либо антигенам. Известно 5 классов И. человека: G, М, A, D, Е (см. табл.). Наиболее полно изучены И. класса G (IgG). Их молекулы построены из двух идентичных лёгких (молекулярная масса 22000) и двух идентичных тяжёлых (молекулярная масса 55000—70000) полипептидных цепей, скрепленных дисульфидными связями (см. рис.). При расщеплении протеолитическими ферментами (например, папаином) молекула И. распадается на три части: два одинаковых фрагмента (обозначаются Fab), каждый из которых сохраняет способность к связыванию с антигеном, и фрагмент (обозначается Fc), способствующий прохождению И. через биологические мембраны. Все три фрагмента соединены короткими гибкими участками, расположенными в середине тяжёлой цепи. Гибкость позволяет молекулам И. оптимально присоединяться к антигенам, имеющим разное пространственное строение. Участки молекулы, ответственные за связывание с антигеном (активный центр), образованы N-кoнцевыми (несут на конце аминогруппу — NH2) отрезками тяжёлых и лёгких цепей. Последовательность аминокислот в этих отрезках специфична для каждого IgG, в других участках цепей она почти не варьирует. На основании различий в строении тяжёлых цепей И. относят к определённым классам.

 

Особенности разных классов иммуноглобулинов здорового человека

Класс иммуноглобулина  Молекулярная масса  

Содержание углеводов, % 

Содержание в сыворотке, мг  %

 

lgG 

140 000 

2 

800-1680

 

lgM 

900 000 

10 

50-190

 

lgA 

170 000 и выше 

7 

140-420

 

lgD 

180 000 

12 

3-40

 

lgE 

196 000 

10 

0,01-0,14

 

 

Большинство антител находится главным образом среди IgG (применяемые в лечебных целях препараты гамма-глобулинов состоят преимущественно из IgG). IgM эволюционно наиболее древние И.; они синтезируются на первых стадиях иммунной реакции. Их молекулы состоят из 5 мономерных субъединиц, каждая из которых напоминает молекулу IgG. Для IgA характерна способность проникать в различные секреты (слюну, молозиво, кишечный сок), где они встречаются в полимерной форме. Антитела, участвующие в аллергических реакциях (см. Аллергия), относятся к недавно открытым IgE.

 

И. синтезируются лимфатическими клетками. При некоторых поражениях этих клеток в крови и моче накапливается большое количество так называемых миеломных И., которые, в отличие от И. здорового организма, однородны по составу. См. также Иммунология и Иммуногенетика.

1. Семейство сериновых протеаз

 

 К семейству родственных  белков относят сериновые протеазы. Это семейство ферментов, которые используют уникально активированный остаток серина, расположенный в активном центре, для связывания и каталитического гидролиза пептидных связей в белковых субстратах. Мишени для сериновых протеаз - специфические пептидные связи в белках (часто в других сериновых протеазах).

 

 Для всех белков  этого семейства характерно наличие  в активном центре остатков  Сер195, Гис57, Асп102 (эту нумерацию  используют независимо от их  точного расположения в первичной  структуре определённых сериновых протеаз). Выявлена также высокая схожесть их пространственных структур, несмотря на то, что только в 40% положений они содержат идентичные аминокислоты (рис. 1-44). Каталитический участок сериновых протеаз расположен в расщелине между двумя доменами.

 

 Некоторые аминокислотные  замены привели к изменению  субстратной специфичности этих  белков и к возникновению функционального  многообразия внутри этого семейства. Так, пищеварительные сериновые протеазы участвуют в переваривании (гидролитическом расщеплении пептидных связей) денатурированных пищевых белков. К ним относят трипсин, химотрипсин, эластазу, но каждый из этих ферментов предпочитает разрывать пептидные связи, образованные определёнными аминокислотами. Ещё большей субстратной специфичностью обладают сериновые протеазы, участвующие в тщательно контролируемых физиологических процессах, таких как активация каскада белков свёртывания крови, фибринолиза, активация белков системы комплемента, образования белковых гормонов. В процессе активации нативных белков сериновые протеазы гидролизуют одну или две особенные пептидные связи из сотен связей, имеющихся в белковом субстрате. Это связано с тем, что в нативном белке фермент узнаёт не только аминокислоты, непосредственно формирующие пептидную связь, но и некоторые аминокислотные остатки, окружающие связь, подвергающуюся ферментативному гидролизу.

Трипсин — фермент класса гидролаз, расщепляющий пептиды и белки; обладает также эстеразной (гидролиз сложных эфиров) активностью.

 

Трипсин синтезируется в поджелудочной железе в виде неактивного предшественника (профермента) трипсиногена. Трипсины ряда животных получены в кристаллическом виде (впервые в 1932). Молекула бычьего трипсина (молекулярная масса около 24 кДа) состоит из 223 аминокислотных остатков, образующих одну полипептидную цепь, и содержит 6 дисульфидных связей. Изоэлектрическая точка трипсина лежит при pH 10,8, а оптимум каталитической активности — при pH 7,8—8,0.

 

Трипсины относятся к группе сериновых протеаз и содержат в активном центре остатки серина и гистидина. Трипсины легко подвергаются самоперевариванию (аутолизу), что приводит к загрязнению препаратов трипсинов неактивными продуктами (промышленный препарат содержит до 50 % неактивных примесей). Препараты трипсина высокой чистоты получают хроматографическими методами.

Физические свойства[править | править вики-текст]

 

Трипсин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления около 150.

Биологические свойства и функции[править | править вики-текст]

 

Основной функцией является пищеварение. Катализирует гидролиз белков и пептидов. Может находиться в неактивном состоянии в виде трипсиногена. Активируется, в том числе кишечным ферментом энтеропептидазой, путем отщепления гексапептида. Катализирует также гидролиз восков-сложных эфиров. Оптимум каталитической активности — при pH 7,8—8. Активный центр имеет белковую природу и состоит в основном из серина и гистидина. Синтезируется в виде трипсиногена в поджелудочной железе и используется в кишечнике млекопитающих и рыб. Превращает остальные проферменты гидролаз в активные ферменты.

Применение[править | править вики-текст]

 

Трипсин используют для изготовления лекарств. Препараты трипсина обладают противовоспалительным и противоотёчным действием (при внутривенном и внутримышечном введении); способны избирательно расщеплять ткани, подвергшиеся некрозу. В медицине трипсин применяют для лечения ран, ожогов, тромбозов, часто в сочетании с другими ферментами и с антибиотиками. Используется при анализе первичной структуры белка, за счет того, что он селективно гидролизует связи между остатками положительно заряженных

Химотрипсин, фермент класса гидролаз, расщепляющий белки и пептиды; содержится в секрете поджелудочной железы животных и человека. Вместе с трипсином участвует в расщеплении белков пищи в тонком кишечнике. Синтезируется в клетках поджелудочной железы в виде профермента химотрипсиногена, который под действием трипсина превращается в кишечнике в активный Х. Процесс активации включает расщепление одной строго определённой пептидной связи в молекуле химотрипсиногена, в результате чего происходит конформационная перестройка молекулы белка и окончательное формирование активного центра Х. Описаны различные формы Х. (например, А, В и С у некоторых млекопитающих), которые различаются физико-химическими свойствами и отчасти субстратной специфичностью. Х. А быка получен в кристаллическом виде американскими химиками М. Кунитцем и Дж. Нортропом в 1935, его молекулярная масса 25 000. Молекула состоит из 245 аминокислотных остатков и свёрнута в компактную глобулу с размерами полуосей 33 и 16,5  . Трёхмерная структура Х. (см. рис.) установлена английским учёным Д. Блоу с сотрудниками в 1967 с помощью рентгеноструктурного анализа. Множественные формы Х. могут образовываться также в процессе активации химотрипсиногена (p, d, a-формы Х. А быка). Х. относится к группе т. н. сериновых протеиназ. В состав его активного центра входят остатки серина, а также аспарагиновой кислоты и гистидина, образующие т. н. систему переноса заряда. В результате переноса протона с остатка серина на гистидин и с последнего на остаток аспарагиновой кислоты появляется отрицательный заряд на остатке серина, который приобретает способность атаковать карбонильный углерод гидролизуемой пептидной связи. Х. действует в щелочной среде (pH 7,0—8,5) и расщепляет в белках и пептидах преимущественно связи, образованные ароматическими аминокислотами — тирозином, фенилаланином, триптофаном. Х. способен свёртывать молоко. Ферменты типа Х. обнаружены у низших позвоночных животных и насекомых.инокислот лизина и аргинина.

Эластаза

        фермент  класса гидролаз, вырабатываемый  поджелудочной железой животных  и человека; катализирует расщепление  пептидных связей в белках, главным  образом между остатками нейтральных  аминокислот. Особенно активен в отношении Эластина. Выделяется в форме неактивной проэластазы, которая под действием фермента Трипсина превращается в Э. Обнаружена у некоторых бактерий.