Различия белкового состава органов и изменения его в онтогенезе и болезнях

 

Можно сказать, что в первичной  структуре содержится информация о  функции белков.

 

Миоглобин (МЬ) — белок, находящийся в красных мышцах. Участвует в создании запасов О2. Содержит белковую часть — апоМЬ и небелковую часть - гем. Первичная структура апоМb представлена последовательностью из 153 аминокислот. Вторичная структура содержит 8 ?-спиралей (называемых латинскими буквами от А до Н), содержащих от 7 до 23 аминокислот. Третичная структура имеет вид компактной глобулы, образованной за счет петель и поворотов в области не-спирализованных участков белка. Внутренняя часть молекулы почти целиком состоит из гидрофобных радикалов, за исключением 2 остатков Гис, располагающихся в активном центре.

 

Гем — специфический лиганд апоМЬ. Он взаимодействует с апоМЬ в углублении между 2 спиралями F и Е. 

 

Гидрофобные пиррольные кольца тема окружены гидрофобными радикалами апоМb, в частности Три3 9 Фен138. В активный центр МЬ входят также 2 остатка Гис: Гис64 и Гис93 Гис93 необходим для образования координационной связи с атомом Fе2+ гема.

 

Другой Гис64 необходим для правильной ориентации другого лиганда — О2 при взаимодействии его с Fе2+ тема. Микроокружение тема создает условия для обратимого связывания О2 с Fе2+ и препятствует его окислению в Fе3+ 

 

Доменная структура и ее роль в функционировании белков

 

1. Длинные полипептидные цепи  часто складываются в несколько  компактных, относительно независимых  областей. Они имеют самостоятельную  третичную структуру, напоминающую  таковую глобулярных белков, и  называются доменами.

 

Благодаря доменной структуре белков легче формируется их трехмерная структура.

 

2. Центры связывания белка с  лигандом часто располагаются между доменами (например, центр связывания трипсина с его лигандом - пищевым белком). Разные домены в белке могут перемещаться относительно друг друга при взаимодействии с лигандом (например, в молекуле гексокиназы).

 

В некоторых белках домены выполняют  самостоятельные функции, связываясь с различными лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками.

 

Трипсин — протеолитический фермент, участвующий в гидролизе пептидных связей в молекулах пищевых белков в кишечнике. В молекуле трипсина имеется 2 домена, разделенных бороздкой. На внутренней поверхности этих доменов, формирующих бороздку, располагаются радикалы Сер177, Гис40 и Асп85, участвующих в связывании фермента с пептидами и их гидролизе.

 

Гексокиназа - фермент, катализирующий фосфорилирование глюкозы с помощью АТФ. Активный центр располагается в расщелине между 2 доменами. При связывании гексокиназы с глюкозой окружающие ее домены смыкаются, и субстрат оказывается в «ловушке», где протекает фосфорилирование

 

3. Лигандами, взаимодействующими с трехмерной структурой пептидной цепи, могут быть не только низкомолекулярные органические и неорганические молекулы, но и макромолекулы - ДНК (см. рассмотренные выше примеры с ДНК-связывающими белками), РНК, полисахариды, белки. В этих случаях белок узнает определенный участок лиганда, соразмерный и комплементарный центру связывания.

 

Ингибиторы белковых функций

 

Взаимодействие белков с лигандами специфично. Однако всегда можно подобрать другое вещество, которое также могло бы взаимодействовать с белком в активном или ином участке молекулы.

 

1. Вещество, взаимодействующее с  белком и подавляющее его функцию,  называется ингибитором. Ингибиторы белковых функций могут быть лекарствами и ядами.

 

2. Вещество, по структуре похожее  на природный лиганд, называют структурным аналогом лиганда или неприродным лигандом. Оно также взаимодействует с белком в активном центре.

 

3. Лиганд и ингибитор конкурируют друг с другом за связывание в одном центре связывания. Такие ингибиторы называются конкурентными.

 

4. Многие лекарственные препараты  являются ингибиторами белковых  функций. Некоторые из них получаются  при химической модификации природных  лигандов.

 

Ацетилхолин — медиатор передачи возбуждения в холинергических синапсах. Для проведения возбуждения выделившийся в синаптическую щель ацетилхолин должен взаимодействовать с белком-рецептором постсинаптической мембраны. Обнаружены два типа рецепторов, взаимодействующих с ацетилхолином: М и Н. М-рецептор избирательно взаимодействует с мускарином (токсином мухомора), а Н-рецептор — с никотином.

 

Специфическим ингибитором М-холинорецепторов является атропин. Он содержится в растениях красавке и белене.

Атропин имеет в структуре схожие с ацетилхолином функциональные группы (конкурентный ингибитор рецептора). Учитывая, что связывание ацетилхолина с М-холинорецепторами вызывает сокращение многих гладких мышц, атропин используется как лекарство, снимающее их спазм (спазмолитик). М-холинорецепторы имеются и в ЦНС.

 

Глава II. Различие белкового состава  органов и тканей.

Наиболее богаты белковыми веществами ткани и органы животных. Источником белка являются также микроорганизмы и растения. Большинство белков хорошо растворимо в воде. Некоторые органические вещества, выделенные из хряща, волос, ногтей, рогов, костной ткани и нерастворимые в воде, также были отнесены к белкам, поскольку по своему химическому составу оказались близки к белкам мышечной ткани, сыворотки крови, яйца.

В мышцах, легких, селезенке, почках на долю белков приходится более 70–80% от сухой массы, а во всем теле человека – 45% от сухой массы . В отличие от животных тканей в растениях содержится значительно меньше белков

 

Для изучения химического состава, строения и свойств белков их обычно выделяют или из тканей, или из культивируемых клеток, или биологических жидкостей, например сыворотки крови, молока, мышц, печени, кожи и др. Элементный состав белков в пересчете на сухое вещество представлен 50–54% углерода, 21–23% кислорода, 6,5–7,3% водорода, 15–17% азота и до 0,5% серы. В составе некоторых белков присутствуют в небольших количествах фосфор, железо, марганец, магний, йод и др.

Таким образом, помимо углерода, кислорода  и водорода, входящих в состав почти  всех органических полимерных молекул, обязательным компонентом белков является азот, в связи с чем белки принято обозначать как азотсодержащие органические вещества. Содержание азота более или менее постоянно во всех белках (в среднем 16%), поэтому иногда определяют количество белка в биологических объектах по содержанию белкового аз

Глава III. Проблема белка в медицине

Белки плазмы крови.

 

Из 9-10 % сухого остатка плазмы крови  на долю белков приходится 65-85 г/л. Нормальное содержание альбуминов в плазме крови  составляет 40-50 г/л, глобулинов — 20-30 г/л, фибриногена — 2-4 г/л. Физиологическая  роль белков плазмы крови многогранна:

 

1. Поддержание онкотического давления и тем самым сохранение объема циркулирующей крови. В этом процессе особенно велика роль альбуминов.

 

2. Участие в свертывании крови.  Ряд белков плазмы, в том числе  фибриноген, являются компонентами  системы свертывания крови.

 

3. Поддержание постоянного рН крови.

 

4. Транспортная функция. Белки  плазмы переносят нерастворимые  вещества (липиды, билирубин, жирные  кислоты, жирорастворимые витамины  и др.) в ткани и органы.

 

5. Участие в иммунных процессах  организма. Сывороточные иммуноглобулины  входят в состав фракции ?-глобулинов сыворотки крови.

 

6. Поддержание уровней катионов  в крови путем образования  с ними соединений. Например, 40-50 % ионов Са2+ и других элементов связаны с белками сыворотки.

 

7. Сывороточные белки образуют «белковый резерв» организма. При голодании они могут распадаться до аминокислот, которые используются для синтеза белков головного мозга, миокарда и других органов.

 

Клиническое значение исследования общего белка и белковых

фракций крови

 

В клинической практике часто встречаются  состояния, характеризующиеся изменением общего количества белков плазмы крови.

 

Гиперпротеинемия — увеличение общего содержания белков плазмы. Диарея у детей, рвота при непроходимости верхнего отдела тонкой кишки, обширные ожоги, потеря воды могут вызвать повышение концентрации белков.

 

При ряде патологических состояний  могут наблюдаться гиперпротеинемии, обусловленные резким увеличением количества ?-глобулинов (при миеломной болезни).

 

Гипопротеинемия —уменьшение общего количества белка в плазме крови — возникает главным образом за счет уменьшения количества альбуминов (при нефротическом синдроме, при острой атрофии печени, поражении желудочно-кишечного тракта, карциноме и др.).

 

Диспротеинемия — изменение процентного соотношения отдельных белковых фракций, хотя общее содержание белка в сыворотке крови остается в пределах нормы.

При остром гепатите, циррозе печени и застойных желтухах отмечается уменьшение содержания ЛВП — ?-липопротеинов в сыворотке крови, а при хроническом гепатите содержание ЛВП — ?-липопротеинов нередко увеличивается. При нефротическом синдроме, микседеме, ксантоматозе, атеросклерозе увеличивается содержание ЛНП — ?-липопротеинов. Увеличение содержания гликопротеинов в плазме крови наблюдается при туберкулезе, плевритах, пневмониях, остром ревматизме, гломерулонефритах, нефротическом синдроме, диабете, инфаркте миокарда, подагре, при остром и хроническом лейкозе, миеломе, лимфосаркоме.

 

Изменение белков сыворотки крови  при некоторых заболеваниях

 

Содержание альбуминов в сыворотке  крови снижается при недостатке белков в пище, кахексии, нефрозе, воспалительных процессах, инфекциях, циррозе печени, анальбуминемии.

 

Содержание ?2-глобулинов в сыворотке крови повышается при острых инфекциях, некрозах, остром ревматизме, экссудативном туберкулезе, нефрозе, карциномах.

 

Содержание ?-глобулинов в сыворотке крови повышается при застойной желтухе, гепатитах, нефрозах, ?-миеломах.

Содержание ?-глобулинов в сыворотке крови повышается после перенесенных инфекционных заболеваний, воспалительных процессов.

Отдельные наиболее изученные белки  плазмы

Гаптоглобин входит в состав ? 2 - глобулиновой фракции. Этот белок способен специфически соединяться с гемоглобином. 

 

Ингибиторы трипсина находятся  в зоне ? 1 - и ? 2 – глобулинов. В норме концентрация этих белков равна 200-250 мг/ 100 мл, но при воспалительных заболеваниях, при беременности содержание ингибиторов трипсина увеличивается. 

 

Трансферрин относится к ?-глобулинам, образует комплекс с ионами железа (+3). Концентрация трансферрина в сыворотке крови составляет 290 мг/100 мл.

 

Церулоплазмин содержит 0,32% меди. Функция церулоплазмина заключается в специфическом связывании и транспорте ионов меди.

 

С-реактивный белок (белок «острой фазы») отсутствует в сыворотке крови здорового человека, но обнаруживается при многих патологических состояниях» сопровождающихся воспалением и некрозом тканей (ревматизме, пневмококковой, стрептококковой или стафилококковой инфекциях, инфаркте миокарда и др.). При электрофорезе этот белок перемещается совместно с ?-глобулинами.

 

Интерферон — специфический белок, синтезируемый в клетках организма в результате воздействия вирусов. Этот белок обладает способностью угнетать размножение вирусов в клетках.

 

Иммуноглобулины — входят в состав фракции ?-глобулинов. Существенно изменяются при заболеваниях печени. При хроническом гепатите отмечается повышение IgG, при алкогольном циррозе IgA, при первичном билиарном циррозе IgM. Концентрация IgA в сыворотке крови увеличивается при бронхиальной астме, лихорадке, аскаридозе, миеломах.

 

Современные физико-химические методы исследования позволили открыть  и описать около 200 различных белковых компонентов плазмы крови. При этом особое значение приобрело электрофоретическое  разделение белков сыворотки крови.

 

Альбумины: М = 69000Д, состоят из 1 полипептидной  цепи (61 О АК), имеют большой отрицательный заряд, синтезируются в печени» участвуют в транспорте лекарств, ионов Са2+ Мg2+, прогестерона, холестерина, желчных пигментов, ВЖК, выполняют детоксикациониую роль.

 

Глобулины — гетерогенная сложная  смесь белковых молекул, являются гликопротеинами (10-40% — углеводы, 90-60% — белки).

 

?- Глобулины (90% синтезируются в  печени) включают ?-антитрипсин и ?-кислый гликопротеин. В норме содержание ?-антитрипсин 2-5 г/л, при воспалении его концентрация резко увеличивается (белок «острой фазы воспаления»).

 

Содержание ?-кислый гликопротеин в норме 0,5-1,4 г/л, является белком «острой фазы воспаления».

 

? -Глобулины транспортируют витамины А, В12, гидрокортизол, тироксин, кортизол.

 

?2-Глобулины (70% синтезируются в  печени) включают церулоплазмин, гаптоглобин, а2-макро-глобулин (цинкосодержащий белок).

 

В норме: церулоплазмин — 0,25-0,45 г/л, гаптоглобин — 0,35 г/л,

 

Гаптоглобин связывает гемоглобин, предотвращая его выделение почками.

 

?-глобулины (50% синтезируются в  печени) включают фракции трансферрина (2-4 г/л), гемопексина (0,5-1 г/л), С-реактивный белок (который появляется в острой фазе).

 

?-глобулины (10% синтезируются в  печени, 90% синтезируются В-лимфоцитами), ?-глобулины — это Иммуноглобулины (антитела) — эффекторы гуморальной иммунной системы. Они распознают попавшие в организм бактерии, вирусы или чужеродные белки (антигены) и нейтрализуют их.

 

Специфичность белков

Видовая специфичность – это  специфичность состава белков, благодаря  которой представители одного вида отличаются от другого вида. В ответ  на введение чужеродного белка, являющегося  антигеном, вырабатываются антитела. Выработанные антитела при последующем дальнейшем введении этого чужеродного белка  связывают его, происходит реакция  антиген – антитело. 

 

Использование видовой специфичности  в медицине