Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_1.jpg" alt="(!LANG:>Valgu aktiivne kese ja selle interaktsioon ligandiga. Tertsiaarstruktuuri moodustumise protsessis"> Активный центр белка и его взаимодействие с лигандом. В процессе формирования третичной структуры на поверхности функционально активного белка, обычно в углублении, образуется участок, сформированный радикалами аминокислот, далеко стоящими друг от друга в первичной структуре. Этот участок, имеющий уникальное строение для данного белка и способный специфично взаимодействовать с определенной молекулой или группой похожих молекул, называется центром связывания белка с лигандом или активным центром. Лигандами называются молекулы, взаимодействующие с белками.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_2.jpg" alt="(!LANG:>Ligand võib olla kas madala molekulmassiga või suure molekulmassiga (makromolekul) aine, sealhulgas"> Лигандом может быть как низкомолекулярное, так и высокомолекулярное (макромолекула) вещество, в том числе и другой белок. Лигандами являются субстраты ферментов, кофакторы, ингибиторы и активаторы ферментов, протомеры в олигомерном белке и т.д.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_3.jpg" alt="(!LANG:>Valgu ja ligandi interaktsiooni kõrge spetsiifilisuse tagab aktiivse keskuse struktuuri komplementaarsus ligandi struktuuriga.">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_4.jpg" alt="(!LANG:>Komplementaarsus on interakteeruvate pindade ruumiline ja keemiline vastavus. Aktiivne keskus ei tohiks ainult"> Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. Активный центр должен не только пространственно соответствовать входящему в него лиганду, но и между функциональными группами радикалов, входящих в активный центр, и лигандом должны образоваться связи чаще всего нековалентные (ионные, водородные, а также гидрофобные взаимодействия), которые удерживают лиганд в активном центре.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_5.jpg" alt="(!LANG:>Täiendav valgu ja ligandi interaktsioon">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_6.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_7.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_8.jpg" alt="(!LANG:>VALGU KLASSIFIKATSIOON 1. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest. 2. Kompleksvalgud (holoproteiinid)"> КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ 1. Простые белки состоят только из аминокислот. 2. Сложные белки (холопротеины) содержат белковую часть (апопротеин) и небелковую (простетическую) группу.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_9.jpg" alt="(!LANG:>Erinevad orgaanilised (lipiidid, süsivesikud) ja anorgaanilised (metallid) ained võivad toimida proteesrühmana."> В качестве простетической группы могут выступать различные органические (липиды, углеводы) и неорганические (металлы) вещества. Связь между простетической группой и апопротеином может быть как ковалентная, так и нековалентная. Простетическую группу порой можно рассматривать в качестве лиганда. Наличие небелковой части обеспечивает выполнение белком его функции. При утрате простетической группы холопротеин теряет свою активность.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_10.jpg" alt="(!LANG:>Keerulised valgud - kromoproteiinid - nukleoproteiinid - lipoproteiinid - fosfoproteiinid - glükoproteiinid - metalloproteiinid">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_11.jpg" alt="(!LANG:>Metalloproteiinide hulka kuuluvad holoensüümid, mis sisaldavad heemi koordineerimata metalliioone. Metalloproteiinide hulka kuuluvad valgud,"> Металлопротеинам можно отнести холоферменты, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеинов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин и трансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов). Но и хромопротеины, содержащие ионы металлов, также можно отнести к металлопротеинам.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_12.jpg" alt="(!LANG:>Metalloproteiinid on sageli ensüümid. Metalliioonid sel juhul: - osalevad substraadi orientatsioonis"> Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов в этом случае: - участвуют в ориентации субстрата в активном центре фермента, входят в состав активного центра фермента и участвуют в катализе, являясь, например, акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции. Часто ион металла в составе фермента называют кофактором.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_13.jpg" alt="(!LANG:>Ensümaatilised metalloproteiinid hõlmavad valke, mis sisaldavad kompleksis näiteks: - vaske - tsütokroomoksüdaasi"> К ферментативным металлопротеинам относятся белки, содержащие например: - медь – цитохромоксидаза, в комплексе с другими ферментами дыхательной цепи митохондрий участвует в синтезе АТФ, - железо – ферритин, депонирующий железо в клетке, трансферрин, переносящий железо в крови, каталаза, обезвреживающая перекись водорода, - цинк – алкогольдегидрогеназа, обеспечивающая метаболизм этанола и других спиртов, лактатдегидрогеназа, участвующая в метаболизме молочной кислоты, - карбоангидраза, образующая угольную кислоту из CO2 и H2O, - щелочная фосфатаза, гидролизующая фосфорные эфиры различных соединений, - α2-макроглобулин, антипротеазный белок крови. - селен – тиреопероксидаза, участвующая в синтезе гормонов щитовидной железы, антиоксидантный фермент глутатионпероксидаза, - кальций – α-амилаза слюны и панкреатического сока, гидролизующая крахмал.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_14.jpg" alt="(!LANG:>Ferritiin">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_15.jpg" alt="(!LANG:>Fosfoproteiinid on valgud, millel on fosfaatrühm. See seostub peptiidahelaga"> Фосфопротеины – это белки, в которых присутствует фосфатная группа. Она связывается с пептидной цепью через остатки тирозина, серина и треонина, т.е. тех аминокислот, которые содержат ОН-группу. Способ присоединения фосфата к белку на примере серина и тирозина!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_16.jpg" alt="(!LANG:>Fosforhape võib täita: - Struktuurset rolli, andes laengut, lahustuvust ja muutvaid omadusi"> Фосфорная кислота может выполнять: - Структурную роль, придавая заряд, растворимость и изменяя свойства белка, например, в казеине молока, яичном альбумине. Наличие остатков фосфорной кислоты способствует связыванию кальция, что необходимо для формирования, например, костной ткани. - Функциональную роль. В клетке присутствует много белков, которые связаны с фосфатом не постоянно, а в зависимости от активности метаболизма. Белок может многократно переходить в фосфорилированную или в дефосфорилированную форму, что играет регулирующую роль в его работе.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_17.jpg" alt="(!LANG:>Fosforüülimine on fosforhappejäägi ülekandmine doonorfosforüülivalt ainelt substraadile, tavaliselt"> Фосфорилирование - процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента-донора к субстрату, как правило, катализируемый ферментами (киназами) и ведущий к образованию эфиров фосфорной кислоты. Дефосфорилирование (утрату остатка фосфорной кислоты) катализируют фосфатазы. АТФ + R-OH → АДФ + R-OPO3H2 R-OPO3H2 + Н2О → R-OH + Н3РО4!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_18.jpg" alt="(!LANG:> Näited: 1) ensüümid glükogeeni süntaas ja glükogeeni fosforülaas 2) fosforüülitud olekus histoonid seonduvad vähem tugevalt"> Примеры: 1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК и активность генома возрастает. Изменение конформации белка в фосфорилированном и дефосфорилированном состоянии!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_19.jpg" alt="(!LANG:>Lipoproteiinid sisaldavad proteesina mittekovalentselt seotud lipiide. Lipiidid, eriti"> Липопротеины содержат в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липиды, в частности жиры, холестерол и его эфиры не растворяются в водных фазах организма, поэтому транспорт их кровью и лимфой осуществляется в виде комплексов с белками и фосфолипидами, которые называются липопротеинами.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_20.jpg" alt="(!LANG:>Kõik lipoproteiinid on sarnase struktuuriga: tuum koosneb hüdrofoobsetest molekulidest: triatsüülglütseroolidest, kolesterooli estritest ja"> Все липопротеины имеют сходное строение: ядро состоит из гидрофобных молекул: триацилглицеролов, эфиров холестерола, а на поверхности находится монослой фосфолипидов, полярные группы которых обращены к воде, а гидрофобные погружены в гидрофобное ядро липопротеина. Кроме фосфолипидов, на поверхности находятся белки – аполипопротеины (апобелками). Их выделяют несколько видов: А, В, С, D. В каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апобелки. Аполипопротеины выполняют различные функции. Интегральные аполипопротеины являются структурными компонентами. Периферические аполипопротеины в плазме крови могут передаваться от одного типа липопротеинов к другим, определяя их дальнейшие превращения.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_21.jpg" alt="(!LANG:>Lipoproteiini struktuuriskeem Lipoproteiinide struktuur">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_22.jpg" alt="(!LANG:>Vereplasma lipoproteiinide struktuur">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_23.jpg" alt="(!LANG:> Lipoproteiinidel on neli peamist klassi: kõrge tihedusega lipoproteiinid (HDL), madala tihedusega lipoproteiinid (LDL),"> Выделяют четыре основных класса липопротеинов: -липопротеины высокой плотности (ЛПВП), -липопротеины низкой плотности (ЛПНП), -липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), -хиломикроны (ХМ). Каждый из типов ЛП образуется в разных тканях и транспортирует определённые липиды. Концентрация и соотношение в крови тех или иных липопротеинов играют ведущую роль в возникновении такой распространенной сосудистой патологии как атеросклероз. ЛПВП являются антиатерогенными, ЛПНП и ЛПОНП – атерогенными.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_24.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_25.jpg" alt="(!LANG:>Glükoproteiinid või glükokonjugaadid on valgud, mis sisaldavad süsivesikute komponenti, mis on kovalentselt seotud polüpeptiidi karkassiga."> Гликопротеины или, гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов в них варьирует от 1% до 98% по массе. Два подкласса белков, содержащих углеводы: ■ протеогликаны ■ гликопротеины!}
Kirjeldus="">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_27.jpg" alt="(!LANG:> Glükoproteiine iseloomustab madal süsivesikute sisaldus, mis on seotud: - N-glükosiidsidemega mõne NH2 rühmaga"> Для гликопротеинов характерно невысокое содержание углеводов, которые присоединены: - N-гликозидной связью к NН2-группе какого-нибудь аминокислотного остатка, например, аспарагина; - О-гликозидной связью к гидроксильной группе остатка серина, треонина,тирозина, гидроксилизина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_28.jpg" alt="(!LANG:>O- ja N-glükosiidsidemete moodustumine glükoproteiinides. 1 - N-glükosiidside amiidrühma vahel"> Образование О- и N-гликозидных связей в гликопротеинах. 1 - N-гликозидная связь между амидной группой аспарагина и ОН-группой моносахарида; 2 - О-гликозидная связь между ОН-группой серина и ОН-группой моносахарида.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_29.jpg" alt="(!LANG:>Viis siduda süsivesikuid valgu külge">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_30.jpg" alt="(!LANG:>Glükoproteiinide funktsioonid on: 1. Struktuursed - bakteri rakusein, luumaatriks, näiteks kollageen, elastiin."> Функцией гликопротеинов являются: 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин. 2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген). 3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. 4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_31.jpg" alt="(!LANG:>Retseptorvalgu struktuuri skeem">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_32.jpg" alt="(!LANG:>Kromoproteiinid on mitmesuguse keemilise iseloomuga värviliste proteesrühmadega kompleksvalkude koondnimetus."> Хромопротеины - собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. гемопротеины (содержат гем), ретинальпротеины (содержат витамин А), флавопротеины (содержат витамин В2), кобамидпротеины (содержат витамин В12).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_33.jpg" alt="(!LANG:>Flavoproteiinid on redoksreaktsioonide ensüümid. Need sisaldavad B2-vitamiini flaviinmononukleotiidi (FMN) ja flaviinadeniini dinukleotiidi derivaate."> Флавопротеины - это ферменты окислительно-восстановительных реакций. Содержат производные витамина В2 флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Связываются данные простетические группы ковалентно и придают желтое окрашивание. Эти простетические группы являются производными изоаллоксазина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_34.jpg" alt="(!LANG:>Isoalloksasiin on heterotsükliline ühend, pteridiini derivaat. Isoalloksasiini molekul koosneb kolmest aromaatsest ringist -"> Изоаллоксазин - гетероциклическое соединения, производное птеридина. Молекула изоаллоксазина состоит из трех ароматических колец - бензольного, пиримидинового, пиразинового.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_35.jpg" alt="(!LANG:>Hemoproteiinid on heemi sisaldavad kromoproteiinid. Struktuurilt sarnased raud- või magneesiumporfüriinid on kaasatud mittevalgukomponendina."> Гемопротеины - гем-содержащие хромопротеины. В качестве небелкового компонента включают структурно сходные железо- или магнийпорфирины. Белковый компонент может быть разнообразным как по составу, так и по структуре. Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина. Порфирин!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_36.jpg" alt="(!LANG:>Porfüriini ring on võimeline moodustama koordinatsiooniühendeid erinevate metalliioonidega. Kompleksi moodustumise tulemusena"> Порфириновое кольцо способно образовывать координационные соединения с различными ионами металлов. В результате комплексообразования формируются металлопорфирины: содержащие ионы железа – гемоглобины, миоглобин, цитохромы, пероксидаза, каталаза и др. (красное окрашивание), содержщие ионы магния – хлорофилл (зеленое окрашивание). Витамин В12 (кобалимин) содержит координированный ион кобальта Со2+ в порфириноподобном макроцикле – коррине, состоящем из четырех частично гидрированных пиррольных колец (розовое окрашивание).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_37.jpg" alt="(!LANG:>Klorofüll b. Klorofüll osaleb fotosünteesis.">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_38.jpg" alt="(!LANG:> Tsütokroomid erinevad peptiidahelate aminohappelise koostise, ahelate arvu poolest ning jagunevad tüüpideks a, b,"> Цитохромы различаются аминокислотным составом пептидных цепей, числом цепей и разделяются на типы а, b, с, d. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи и цепи микросомального окисления. Степень окисления железа в составе цитохромов меняется в отличие от гемоглобина и миоглобина Fe2+ ↔ Fe3+!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_39.jpg" alt="(!LANG:>Müoglobiin (Mb) on punastes lihastes leiduv valk, mille põhiülesanne on varude loomine"> Миоглобин (Мв) - белок, находящийся в красных мышцах, основная функция которого - создание запасов О2, необходимых при интенсивной мышечной работе. Мв - сложный белок, содержащий белковую часть - апоМв и небелковую часть - гем. Первичная структура апоМв определяет его компактную глобулярную конформацию и структуру активного центра, к которому присоединяется небелковая часть миоглобина - гем. Кислород, поступающий из крови в мышцы, связывается с Fe2+ гема в составе миоглобина. Мв - мономерный белок, имеющий очень высокое сродство к О2, поэтому отдача кислорода миоглобином происходит только при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление O2 резко снижается. Формирование пространственных структур и функционирование миоглобина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_40.jpg" alt="(!LANG:>MB konformatsiooni kujunemine."> Формирование конформации Мв. В красных мышцах на рибосомах в ходе трансляции идет синтез первичной структуры Мв, представленной специфической последовательностью 153 аминокислотных остатков. Вторичная структура Мв содержит восемь α-спиралей, называемых латинскими буквами от А до Н, между которыми имеются неспирализованные участки. Третичная структура Мв имеет вид компактной глобулы, в углублении которой между F и Е α-спиралями расположен активный центр.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_41.jpg" alt="(!LANG:>Müoglobiini struktuur">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_42.jpg" alt="(!LANG:>Mv aktiivkeskuse ehituse ja talitluse tunnused. Mv aktiivtsentri moodustavad peamiselt hüdrofoobsed radikaalid"> Особенности строения и функционирования активного центра Мв. Активный центр Мв сформирован преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот, далеко отстоящими друг от друга в первичной структуре (например, Три39 и Фен138). К активному центру присоединяется плохо растворимые в воде лиганды - гем и О2. Гем - специфический лиганд апоМв.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_43.jpg" alt="(!LANG:>Heem põhineb neljal pürroolitsüklil, mis on ühendatud metenüülsildadega; keskel on Fe2+ aatom,"> Основу гема составляют четыре пиррольных кольца, соединенных метенильными мостиками; в центре расположен атом Fe2+, соединенный с атомами азота пиррольных колец четырьмя координационными связями. В активном центре Мв кроме гидрофобных радикалов аминокислот имеются также остатки двух аминокислот с гидрофильными радикалами - Гис Е7 (Гис64) и Гис F8 (Гис93).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_44.jpg" alt="(!LANG:>Tema F8 moodustab koordinatsioonisideme Fe2+-ga ja fikseerib tugevalt heemi aktiivses kohas."> Гис F8 образует координационную связь с Fe2+ и прочно фиксирует гем в активном центре. Гис Е7 необходим для правильной ориентации в активном центре другого лиганда - O2 при его взаимодействии с Fe+2 гема. Микроокружение гема создает условия для прочного, но обратимого связывания O2 с Fe+2 и препятствует попаданию в гидрофобный активный центр воды, что может привести к его окислению в Fе3+.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_45.jpg" alt="(!LANG:>Hb oligomeerne struktuur ja Hb afiinsuse reguleerimine O2 suhtes ligandide poolt. Inimese hemoglobiinid -"> Олигомерное строение Нв и регуляция сродства Нв к О2 лигандами. Гемоглобины человека - семейство белков, так же как и миоглобин относящиеся к сложным белкам (гемопротеинам). Они имеют тетрамерное строение и содержат две α-цепи, но различаются по строению двух других полипептидных цепей (2α-, 2х-цепи). Строение второй полипептидной цепи определяет особенности функционирования этих форм Нв. Около 98% гемоглобина эритроцитов взрослого человека составляет гемоглобин А (2α-, 2β-цепи). В период внутриутробного развития функционируют два основных типа гемоглобинов: эмбриональный Нв (2α, 2ε), который обнаруживается на ранних этапах развития плода, и гемоглобин F (фетальный) - (2α, 2γ), который приходит на смену раннему гемоглобину плода на шестом месяце внутриутробного развития и только после рождения замещается на Нв А.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_46.jpg" alt="(!LANG:> Hb A on valk, mis on seotud täiskasvanud erütrotsüütides leiduva müoglobiiniga (Mb). Selle struktuur"> Нв А - белок, родственный миоглобину (Мв), содержится в эритроцитах взрослого человека. Строение его отдельных протомеров аналогично таковому у миоглобина. Вторичная и третичная структуры миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны, несмотря на то что в первичной структуре их полипептидных цепей идентичны только 24 аминокислотных остатка (вторичная структура протомеров гемоглобина, так же как миоглобин, содержит восемь α-спиралей, обозначаемых латинскими буквами от А до Н, а третичная структура имеет вид компактной глобулы). Но в отличие от миоглобина гемоглобин имеет олигомерное строение, состоит из четырех полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_47.jpg" alt="(!LANG:>Hemoglobiini oligomeerne struktuur">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_48.jpg" alt="(!LANG:>Iga Hb protomeer on ühendatud mittevalguosaga – heemi ja naaberprotomeeridega."> Каждый протомер Нв связан с небелковой частью - гемом и соседними протомерами. Соединение белковой части Нв с гемом аналогично таковому у миоглобина: в активном центре белка гидрофобные части гема окружены гидрофобными радикалами аминокислот за исключением Гис F8 и Гис Е7, которые расположены по обе стороны от плоскости гема и играют аналогичную роль в функционировании белка и связывании его с кислородом. Кроме того, Гис Е7 выполняет важную дополнительную роль в функционировании Нв. Свободный гем имеет в 25 000 раз более высокое сродство к СО, чем к О2. СО в небольших количествах образуется в организме и, учитывая его высокое сродство к гему, он мог бы нарушать транспорт необходимого для жизни клеток О2. Однако в составе гемоглобина сродство гема к оксиду углерода превышает сродство к О2 всего в 200 раз благодаря наличию в активном центре Гис Е7. Остаток этой аминокислоты создает оптимальные условия для связывания гема с O2 и ослабляет взаимодействие гема с СО.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_49.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_50.jpg" alt="(!LANG:>Heemi pürrooli rõngad asuvad samal tasapinnal ja Fe2+ ioon Hb hapnikuta olekus"> Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А. При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема. В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы. Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_51.jpg" alt="(!LANG:>Hemoglobiin võib eksisteerida nii vabal (desoksühemoglobiin) kui ka hapnikurikkal kujul, kinnitudes kuni"> Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул кислорода. Взаимодействие с кислородом 1-го протомера вызывает изменение его конформации, а также кооперативные конформационные изменения остальных протомеров. Сродство к кислороду возрастает, и присоединение О2 к активному центру 2-го протомера происходит легче, вызывая дальнейшую конформационную перестройку всей молекулы. В результате еще сильнее изменяется структура оставшихся протомеров и их активных центров, взаимодействие с О2 еще больше облегчается. В итоге 4-я молекула кислорода присоединяется к Hb примерно в 300 раз легче, чем 1-я. Так происходит в легких при высоком парциальном давлении кислорода.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_52.jpg" alt="(!LANG:>Kooperatiivsed muutused hemoglobiini molekuli konformatsioonis interaktsioonil hapnikuga">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_53.jpg" alt="(!LANG:> Kudedes, kus hapnikusisaldus on madalam, vastupidi, iga O2 molekuli elimineerimine soodustab järgnevate vabanemist."> В тканях, где содержание кислорода ниже, наоборот, отщепление каждой молекулы О2 облегчает освобождение последующих. Таким образом, взаимодействие олигомерного белка гемоглобина с лигандом (О2) в одном центре связывания приводит к изменению конформации всей молекулы и других, пространственно удаленных центров, расположенных на других субъединицах (принцип «домино»). Подобные взаимосвязанные изменения структуры белка называют кооперативными конформационными изменениями. Они характерны для всех олигомерных белков и используются для регуляции их активности.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_54.jpg" alt="(!LANG:>Mõlema valgu (Mb ja Hb) interaktsioon hapnikuga sõltub selle osarõhust"> Взаимодействие обоих белков (Mb и Hb) с кислородом зависит от его парциального давления в тканях. Эта зависимость имеет разный характер, что связано с их особенностями структуры и функционирования. Гемоглобин имеет S-образную кривую насыщения, которая показывает, что субъединицы белка работают кооперативно, и чем больше кислорода они отдают, тем легче идет освобождение остальных молекул О2. Этот процесс зависит от изменения парциального давления кислорода в тканях. График насыщения миоглобина кислородом имеет характер простой гиперболы, т.е. насыщение Mb кислородом происходит быстро и отражает его функцию - обратимое связывание с кислородом, высвобождаемым гемоглобином, и освобождение в случае интенсивной физической нагрузки.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_55.jpg" alt="(!LANG:>Müoglobiini ja hemoglobiini hapnikuküllastuse kõverad">!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_56.jpg" alt="(!LANG:>CO2 ja H+, mis tekivad orgaaniliste ainete katabolismi käigus, vähendavad proportsionaalselt hemoglobiini afiinsust O2 suhtes"> CO2 и Н+, образующиеся при катаболизме органических веществ, уменьшают сродство гемоглобина к О2 пропорционально их концентрации. Энергия, необходимая для работы клеток, вырабатывается преимущественно в митохондриях при окислении органических веществ с использованием O2, доставляемого из легких гемоглобином. В результате окисления органических веществ образуются конечные продукты их распада: СО2 и Н2O, количество которых пропорционально интенсивности протекающих процессов окисления. СO2 диффузией попадает из клеток в кровь и проникает в эритроциты, где под действием фермента карбоангидразы превращается в угольную кислоту. Эта слабая кислота диссоциирует на протон и бикарбонат ион. СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3-!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_57.jpg" alt="(!LANG:> H+ ioonid on võimelised lisanduma His146 radikaalidele hemoglobiini β-ahelates, st piirkondades, mis on kaugemal"> Ионы Н+ способны присоединятся к радикалам Гис146 в β-цепях гемоглобина, т.е. в участках, удаленных от гема. Протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2, способствует отщеплению О2 от оксиНв, образованию дезоксиНв и увеличивает поступление кислорода в ткани пропорционально количеству образовавшихся протонов. Увеличение количества освобожденного кислорода в зависимости от увеличения концентрации Н+ в эритроцитах называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект). В легких высокое парциальное давление кислорода способствует его связыванию с дезоксиНв, что уменьшает сродство белка к Н+. Освободившиеся протоны под действием карбоангидразы взаимодействуют с бикарбонатами с образованием СО2 и Н2О!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_58.jpg" alt="(!LANG:>Hb afiinsuse sõltuvus O2 suhtes CO2 ja prootonikontsentratsioonist (Bohri efekt): A -"> Зависимость сродства Нв к О2 от концентрации СО2 и протонов (эффект Бора): А - влияние концентрации СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с Нв (эффект Бора); Б - оксигенирование дезоксигемоглобина в легких, образование и выделение СО2.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_59.jpg" alt="(!LANG:>Saadud CO2 siseneb alveolaarruumi ja eemaldatakse koos väljahingatavas õhuga. Seega kogus"> Образовавшийся СО2 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом. Таким образом, количество высвобождаемого гемоглобином кислорода в тканях регулируется продуктами катаболизма органических веществ: чем интенсивнее распад веществ, например при физических нагрузках, тем выше концентрация СО2 и Н+ и тем больше кислорода получают ткани в результате уменьшения сродства Нв к О2.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_60.jpg" alt="(!LANG:>Valgu funktsionaalse aktiivsuse muutust koostoimel teiste ligandidega konformatsiooniliste muutuste tõttu nimetatakse allosteeriliseks"> Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных изменений называется аллостерической регуляцией, а соединения-регуляторы - аллостерическими лигандами или эффекторами. Способность к аллостерической регуляции характерна, как правило, для олигомерных белков, т.е. для проявления аллостерического эффекта необходимо взаимодействие протомеров. При воздействии аллостерических лигандов белки меняют свою конформацию (в том числе и активного центра) и функцию.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_61.jpg" alt="(!LANG:>Hb afiinsuse allosteeriline reguleerimine O2 suhtes 2,3-bis-fosfoglütseraadi ligandi poolt. Toote erütrotsüütides"> Аллостерическая регуляция сродства Нв к О2 лигандом - 2,3-бис-фосфоглицератом. В эритроцитах из продукта окисления глюкозы - 1,3-бисфосфоглицерата синтезируется аллостерический лиганд гемоглобина - 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ). В нормальных условиях концентрация 2,3-БФГ высокая и сравнима с концентрацией Нв. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд (-5).!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_62.jpg" alt="(!LANG:>Hemoglobiini tetrameeri molekuli keskel on õõnsus. Selle moodustavad kõigi nelja protomeeri aminohappejäägid."> В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки всех четырех протомеров. В капиллярах тканей протонирование Нв (эффект Бора) приводит к разрыву связи между железом гема и О2. В молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином возникают дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры, вследствие чего размеры центральной полости по сравнению с оксигемоглобином увеличиваются. Центральная полость является местом присоединения 2,3-БФГ к гемоглобину. БФГ поступает в полость дезоксигемоглобина. 2,3-БФГ взаимодействует с гемоглобином в участке, удаленном от активных центров белка и относится к аллостерическим (регуляторным) лигандам, а центральная полость Нв является аллостерическим центром. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с положительно заряженными группами двух β-цепей Нв. При этом его сродство к О2 снижается в 26 раз. В результате происходит высвобождение кислорода в капиллярах ткани при низком парциальном давлении О2. В легких высокое парциальное давление О2, наоборот, приводит к оксигенированию Нв и освобождению БФГ.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_63.jpg" alt="(!LANG:>BPG sidumiskeskus asub positiivselt laetud õõnsuses 4 hemoglobiini protomeeri vahel. BPG interaktsioon"> Центр связывания БФГ находится в положительно заряженной полости между 4 протомерами гемоглобина. Взаимодействие БФГ с центром связывания изменяет конформацию α- и β-протомеров НЬ и их активных центров. Сродство НЬ к молекулам О2 снижается и кислород высвобождается в ткани. В легких при высоком парциальном давлении О2 активные центры гемоглобина насыщаются за счет изменения конформации и БФГ вытесняется из аллостерического центра!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_64.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_65.jpg" alt="(!LANG:>Seega on oligomeersed valgud monomeersete valkudega võrreldes uued omadused. Ligandide kinnitumine"> Таким образом, олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками свойствами. Присоединение лигандов на участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостерических), способно вызывать конформационные изменения во всей белковой молекуле. Благодаря взаимодействию с регуляторными лигандами происходит изменение конформации и адаптация функции белковой молекулы к изменениям окружающей среды.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_66.jpg" alt="(!LANG:>Umbes 15% veres leiduvast süsinikdioksiidist kannavad hemoglobiini molekulid. Kudedes on osa molekule"> Около 15% углекислого газа, присутствующего в крови, переносится молекулами гемоглобина. В тканях часть молекул углекислого газа может присоединится к каждому протомеру молекулы гемоглобина, при этом снижается сродство Hb к кислороду. В легких, наоборот, из-за высокого парциального давления кислорода, О2 связывается с Hb, а СО2 высвобождается.!}
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_67.jpg" alt=">">
Ppt%5C34928-slozhnye_belki_ch1_68.jpg" alt="(!LANG:>Hemoglobiini S molekulis (nii nimetatakse ebanormaalset hemoglobiini) muteeriti 2 β-ahelat, milles"> В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались 2 β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.!}
Valkude aktiivne keskus on valgumolekuli spetsiifiline piirkond, mis asub tavaliselt selle süvendis ja mille moodustavad tertsiaarse struktuuri moodustumise käigus teatud ruumilises piirkonnas kokku pandud aminohapperadikaalid, mis on võimelised ligandiga komplementaarselt seonduma. Polüpeptiidahela lineaarses järjestuses võivad aktiivse tsentri moodustavad radikaalid paikneda üksteisest märkimisväärsel kaugusel.
Valgu ligandiga seondumise kõrge spetsiifilisuse tagab valgu aktiivse tsentri struktuuri ja ligandi struktuuri komplementaarsus.
Komplementaarsuse all mõistetakse interakteeruvate molekulide ruumilist ja keemilist vastavust. Ligand peab suutma siseneda ja ruumiliselt ühtima aktiivse saidi konformatsiooniga. See sobivus ei pruugi olla täielik, kuid valgu konformatsioonilise labiilsuse tõttu on aktiivne sait võimeline väikesteks muutusteks ja "sobib" ligandiga. Lisaks peaksid ligandi funktsionaalrühmade ja aktiivset tsentrit moodustavate aminohapperadikaalide vahel olema sidemed, mis hoiavad ligandit aktiivses keskuses. Sidemed ligandi ja valgu aktiivse tsentri vahel võivad olla kas mittekovalentsed (ioonsed, vesinikud, hüdrofoobsed) või kovalentsed.
Aktiivse keskuse omadused
Valgu aktiivne keskus on valgu ümbritsevast keskkonnast suhteliselt eraldatud sait, mille moodustavad aminohappejäägid. Selles piirkonnas moodustab iga jääk oma individuaalse suuruse ja funktsionaalsete rühmade tõttu aktiivse keskuse "reljeefi".
Aktiivse keskuse ainulaadsed omadused ei sõltu ainult seda moodustavate aminohapete keemilistest omadustest, vaid ka nende täpsest vastastikusest orientatsioonist ruumis. Seetõttu võivad isegi väikesed häired valgu üldises konformatsioonis, mis on tingitud punktmuutustest selle primaarstruktuuris või keskkonnatingimustes, viia aktiivse tsentri moodustavate radikaalide keemiliste ja funktsionaalsete omaduste muutumiseni, häirida valgu seondumist. valku ligandile ja selle funktsioonile. Denatureerimise käigus hävib valkude aktiivne keskus ja nende bioloogiline aktiivsus kaob.
Aktiivne keskus on sageli moodustatud nii, et vee juurdepääs selle radikaalide funktsionaalrühmadele on piiratud; luuakse tingimused ligandi sidumiseks aminohapperadikaalidega.
Valgu ligandiga seondumise koht asub sageli domeenide vahel. Näiteks proteolüütilisel ensüümil trüpsiin, mis osaleb toiduvalkude peptiidsidemete hüdrolüüsis soolestikus, on 2 domeeni, mis on eraldatud soonega. Vao sisepinna moodustavad nende domeenide aminohapperadikaalid, mis asuvad polüpeptiidahelas üksteisest kaugel (Ser 177, His 40, Asp 85).
Valgus olevad erinevad domeenid võivad ligandiga suhtlemisel üksteise suhtes liikuda, mis hõlbustab valgu edasist funktsioneerimist. Nende funktsioonide aluseks olevate valkude peamine omadus on spetsiifiliste ligandide selektiivsus valgu molekuli teatud osadele.
Erinevad ligandid:
Ligandid võivad olla anorgaanilised (sageli metalliioonid) ja orgaanilised ained, madala molekulmassiga ja suure molekulmassiga ained;
On ligande, mis muudavad oma keemilist struktuuri, kui need on seotud valgu aktiivse saidiga (substraadi muutused ensüümi aktiivses kohas);
On ligande, mis kinnituvad valgu külge ainult funktsioneerimise ajal (näiteks hemoglobiiniga transporditav O 2), ja ligande, mis on valguga pidevalt seotud ja mängivad valkude funktsioneerimisel abistavat rolli (näiteks raud, mis on osa hemoglobiinist).
3. PEATÜKK
ENSÜÜMID. ENSÜÜMI TOIMIMISMEHHANISM
Ensüüme või ensüüme nimetatakse spetsiifilisteks valkudeks, mis on osa elusorganismide kõigist rakkudest ja kudedest ning toimivad bioloogiliste katalüsaatoritena.
Ensüümide ja anorgaaniliste katalüsaatorite üldised omadused:
1. Reaktsiooniprotsessis ei tarbita.
2. Nende mõju on madalatel kontsentratsioonidel.
3. Ärge mõjutage reaktsiooni tasakaalukonstandi väärtust.
4. Nende tegevus allub aktiivsete masside seadusele.
5. Ärge kiirendage termodünaamiliselt võimatuid reaktsioone.
Ensüümide ja anorgaaniliste katalüsaatorite erinevused.
1. Ensüümide termomuleeruvus.
2. Ensüümide aktiivsuse sõltuvus söötme pH-st.
3. Ensüümide toime spetsiifilisus.
4. Ensümaatiliste reaktsioonide kiirus sõltub teatud kineetilistest mustritest.
5. Ensüümide aktiivsus sõltub regulaatorite – aktivaatorite ja inhibiitorite – toimest.
6. Tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri moodustumisel läbivad mitmed ensüümid postsünteetilise modifikatsiooni.
7. Ensüümide molekulid on tavaliselt palju suuremad kui nende substraadid.
Ensüümmolekuli struktuur
Struktuuri järgi võivad ensüümid olla lihtsad ja keerulised valgud. Ensüümi, mis on kompleksne valk, nimetatakse holoensüüm. Ensüümi valgulist osa nimetatakse apoensüümiks, mittevalgulist osa kofaktoriks. Eristama kahte tüüpi kofaktoreid:
1. Prosteetiline rühm – kindlalt seotud apoensüümiga, sageli kovalentsete sidemetega.
2. Koensüüm – mittevalguline osa, kergesti eraldatav apoensüümist. Sageli on koensüümid vitamiinide derivaadid.
Koensüümidele sisaldab järgmisi ühendusi:
vitamiinide derivaadid;
Heemid, mis on osa tsütokroomidest, katalaasist, peroksidaasist, guanülaattsüklaasist, NO-süntaasist ja on ensüümide proteesrühm;
Nukleotiidid on fosforhappejäägi doonorid ja aktseptorid;
Ubikinoon või koensüüm Q, mis osaleb elektronide ja prootonite ülekandes kudede hingamisahelas;
fosfoadenosüülfosfosulfaat, mis osaleb sulfaadi ülekandes;
Redoksreaktsioonides osalev glutatioon.
Tabel 3.1.
Vitamiinide koensüümi funktsioonid
Anorgaanilises keemias
Kõige sagedamini toimub selline sidumine nn "koordinatsiooni" doonor-aktseptor sideme moodustumisega, kus ligandid toimivad Lewise alusena, see tähendab, et nad on elektronpaari doonorid. Kui ligandid on seotud keskse aatomiga, muutuvad kompleksimoodustaja ja ligandide endi keemilised omadused sageli olulisel määral.
Ligandide nomenklatuur
- esimene ühendi nimes nimetavas käändes on anioon ja seejärel genitiivis katioon
- kompleksiooni nimel on alfabeetilises järjekorras kõigepealt loetletud ligandid ja seejärel keskne aatom
- tsentraalset aatomit neutraalsetes katioonsetes kompleksides nimetatakse vene nimeks ja anioonides ladinakeelse nime tüveks sufiksiga "at". Keskse aatomi nime järel on näidatud oksüdatsiooniaste.
- tsentraalse aatomiga seotud ligandide arv on tähistatud eesliidetega "mono", "di", "kolm", "tetra", "penta" jne.
Ligandide omadused
Elektrooniline struktuur
Tegelikult on ligandi kõige olulisem omadus, mis võimaldab hinnata ja ennustada selle võimet D-orbitaali kompleksi moodustamiseks ja enesehävitamiseks - ühendi kui terviku hävitamiseks. Esimeses lähenduses sisaldab see elektronpaaride arvu, mida ligand on võimeline eraldama koordinatsioonisidemete loomiseks ja loovutava aatomi või funktsionaalrühma elektronegatiivsust.
Hambaravi
Ligandi poolt hõivatud keskse aatomi (või aatomite) koordinatsioonikohtade arvu nimetatakse dentaalsuseks (alates lat. lohud, mõlk- - hammas). Ühe koordinatsioonikoha hõivavaid ligande nimetatakse mono hambaravi (näiteks N H 3), kaks - bi dentate (oksalaadinioon [ O-C(=O)-C(=O) -O] 2−). Ligandid, mis võivad hõivata suurema arvu kohti, on tavaliselt tähistatud kui polü hammastega. Näiteks etüleendiamiintetraäädikhape (EDTA), mis võib hõivata kuus koordinatsioonikohta.
Lisaks dentaalsusele on olemas tunnus, mis peegeldab keskaatomi ühe koordinatsioonikohaga seotud ligandi aatomite arvu. Ingliskeelses kirjanduses tähistatakse seda sõnaga õnne ja sellel on nomenklatuuri tähis koos vastava ülaindeksiga. Kuigi tal pole ilmselt vene keeles väljakujunenud terminit, võib mõnest allikast leida jälituspaberit “haptness”. Näitena võime tuua metallitsentrite kompleksides oleva tsüklopentadienüülligandi, mis hõivab ühe koordinatsioonikoha (st on monodentaatne) ja on seotud kõigi viie süsinikuaatomi kaudu: η 5 - - .
Koordineerimismeetodid
Kelaativ kompleks EDTA 4−
Võimelised moodustuma ligandid, millel on rohkem kui kaks dentiteeti kelaatkompleksid(gr. χηλή - küünis) - kompleksid, kus keskne aatom on kaasatud ühte või mitmesse tsüklisse ligandimolekuliga. Selliseid ligande nimetatakse kelaativad. Näitena võime tuua sama EDTA tetraanioonkompleksid, märkides, et mitu neljast selles sisalduvast M-O-sidemest võivad formaalselt olla iooniline .
Kelaatkomplekside moodustumisel täheldatakse seda sageli kelaadi efekt- nende suurem stabiilsus võrreldes mittekelaativate ligandide sarnaste kompleksidega. See saavutatakse tänu keskse aatomi suuremale varjestusele asendusmõjude ja entroopiaefekti eest. Näiteks kaadmium 2+ ammoniaagikompleksi dissotsiatsioonikonstant on peaaegu 1500 korda väiksem kui etüleendiamiiniga 2+ kompleksil. Selle põhjuseks on asjaolu, et kui hüdraatunud kaadmiumi(II) ioon interakteerub etüleendiamiiniga, tõrjuvad kaks ligandimolekuli välja neli veemolekuli. Sel juhul suureneb süsteemis oluliselt vabade osakeste arv ja suureneb süsteemi entroopia (ja vastavalt suureneb ka kompleksi sisemine järjekord). See tähendab, et kelaadiefekti põhjuseks on süsteemi entroopia suurenemine, kui monodentaalsed ligandid asendatakse polüdentaatsete liganditega, ja selle tulemusena Gibbsi energia vähenemine.
Porfüriini tsükkel
Ligandid võivad olla ka sillad, moodustades sidemeid erinevate kesksete aatomite vahel kahe- või polünukleaarsetes kompleksides. Sillatud ligandid on tähistatud kreeka tähega μ ( mu).
Märkmed
| Struktuurikeemia | |
|---|---|
| Keemiline side: | Aromaatsus | Kovalentne side | Iooniline side | Metallist ühendus | Vesinikside | Doonor-aktseptor side | Tautomeria | Van der Waalsi ühendus |
| Struktuuri kuva: | |
Valgu peamine omadus, mis tagab selle funktsiooni, on selektiivne interaktsioon teatud ainega - ligandiga.
Ligandid võivad olla erineva iseloomuga ained, nii madala molekulmassiga ühendid kui ka makromolekulid, sealhulgas valgud. Valgumolekulidel on kohad, mille külge ligand on kinnitatud – sidumiskeskused või aktiivkeskused. Seondumiskeskused moodustuvad aminohappejääkidest, mis on kokku viidud sekundaarsete ja tertsiaarsete struktuuride moodustumise tulemusena.
Sidemed valgu ja ligandi vahel võivad olla mittekovalentsed või kovalentsed. Valgu ja ligandi interaktsiooni ("äratundmise") kõrge spetsiifilisuse tagab sidumiskeskuse struktuuri komplementaarsus ligandi ruumilise struktuuriga.
Komplementaarsuse all mõistetakse valgu aktiivse tsentri ja ligandi vahelist keemilist ja ruumilist vastavust. Valgu P ja ligandi L vahelist koostoimet kirjeldatakse võrrandiga:
valk + ligand↔ valk-ligand kompleks.
1. Valkude peamised füüsikalis-keemilised omadused on molekulmass, elektrilaeng ja lahustuvus vees. Valkude molekulmass võib oluliselt erineda. Näiteks hormooninsuliini molekulmass on umbes 6 tuhat Da, samas kui immunoglobuliini M molekulmass on umbes 1 miljon Da. Valgu molekulmass sõltub selle koostist moodustavate aminohappejääkide arvust, samuti mitteaminohappeliste komponentide massist. Ühe aminohappejäägi mass on keskmiselt 110 Da. Seega, teades aminohappejääkide arvu valguses, saab hinnata selle molekulmassi ja vastupidi (N.N. Mushkambarov, 1995). Valgu elektrilaeng määratakse positiivse ja negatiivse laenguga rühmade suhtega selle molekuli pinnal. Valguosakese laeng sõltub söötme pH-st. Valgu iseloomustamiseks kasutatakse mõistet "isoelektriline punkt". Isoelektriline punkt (pI) - keskkonna pH väärtus, mille juures valguosakese kogulaeng on null. Isoelektrilises punktis on valgud lahuses kõige vähem stabiilsed ja sadestuvad kergesti välja. pI väärtus sõltub happeliste ja aluseliste aminohapete vahekorrast valgus. Valkude ja peptiidide puhul, milles on ülekaalus happelised aminohapped (negatiivselt laetud pH 7,0 juures), on pI väärtus happelises keskkonnas; Valkude ja peptiidide puhul, milles on ülekaalus aluselised aminohapped (positiivselt laetud pH 7,0 juures), on pI väärtus happelises keskkonnas. Isoelektriline punkt on valkude iseloomulik konstant, selle väärtus enamiku loomsete kudede valkude puhul jääb vahemikku 5,5–7,0, mis näitab happeliste aminohapete ülekaalu nende koostises. Looduses on aga valke, mille isoelektrilise punkti väärtus on söötme äärmuslike pH väärtuste juures. Eelkõige on pepsiini (maomahla ensüümi) pI väärtus 1 ja lüsosüümi (ensüüm, mis lõhustab mikroorganismide rakuseina) väärtus on ligikaudu 11. Näidatud on mõnede valkude molekulmassi ja isoelektrilise punkti väärtused. tabelis 1.4. Tabel 1.4 Mõned vereplasma ja koevalkude konstandid
Valkude lahustuvus vees. Biofüüsikalise keemia käigust on teada, et valgud kõrgmolekulaarsete ühenditena moodustavad kolloidseid lahuseid. Valgulahuste stabiilsus vees määratakse järgmiste teguritega:
Pidage meeles, et erinevate füüsikaliste ja keemiliste tegurite mõjul võivad kolloidlahustest valgud sadestuda. Eristama:
Pange tähele, et valgu sadestumise reaktsioonide aluseks võivad olla järgmised mehhanismid:
Kõige sagedamini iseloomustab valgu sadestumist põhjustavate tegurite toimet kahe või kõigi kolme nimetatud mehhanismi kombinatsioon. bioloogiline aktiivsus. Mis tahes valgu toimimine põhineb selle võimel selektiivselt suhelda rangelt määratletud molekulide või ioonide - ligandidega. Näiteks keemilisi reaktsioone katalüüsivate ensüümide puhul on ligandid nendes reaktsioonides osalevad ained (substraadid), samuti kofaktorid, aktivaatorid ja inhibiitorid. Transpordivalkude puhul on ligandid transporditavad ained jne. Ligand on võimeline interakteeruma valgu molekuli spetsiifilise saidiga - sidumiskeskuse või aktiivse keskusega. Selle tsentri moodustavad ruumiliselt lähedased aminohapperadikaalid valgu tertsiaarstruktuuri tasemel. Ligandi võime suhelda sidumiskeskusega on tingitud nende komplementaarsusest, st nende ruumilise struktuuri vastastikusest komplementaarsusest (sarnaselt "võtme-luku" interaktsiooniga). Ligandi funktsionaalrühmade ja seondumiskoha vahel tekivad mittekovalentsed (vesinik-, ioon-, hüdrofoobsed) sidemed. Ligandi ja seondumiskoha komplementaarsus võib seletada valgu-ligandi interaktsiooni kõrget spetsiifilisust (selektiivsust). Niisiis erinevad erinevad valgud üksteisest oma füüsikalis-keemiliste omaduste ja bioloogilise aktiivsuse poolest. Valgusegude fraktsioonideks eraldamise ja üksikute ensümaatiliste valkude eraldamise meetodid põhinevad neil erinevustel. Neid meetodeid kasutatakse laialdaselt meditsiinilises biokeemias ja biotehnoloogias. 2. Valkude denatureerimine- see on muutus valgu looduslikes (looduslikes) füüsikalis-keemilistes ja, mis kõige tähtsam, bioloogilistes omadustes, mis on tingitud selle kvaternaarse, tertsiaarse ja isegi sekundaarse struktuuri rikkumisest. Valkude denaturatsiooni võivad põhjustada:
Denatureeritud valke iseloomustavad:
Pange tähele, et teatud tingimustel on pärast denaturatsiooni põhjustanud faktori eemaldamist võimalik taastada algne (natiivse) valgu konformatsioon. Seda protsessi nimetatakse regenereerimiseks. Pidage meeles mõningaid näiteid valgu denatureerimise protsessi kasutamisest meditsiinis:
|
4 lõige 1. Hemoglobiin on allosteeriline valk. Konformatsioonilised muutused hemoglobiini molekulis. koostööefekt. Hemoglobiini afiinsuse regulaatorid hapniku suhtes. Müoglobiini ja hemoglobiini struktuursed ja funktsionaalsed erinevused.
Hemoglobiin: allosteeriline valk
Evolutsioonilise üleminekuga monomeerselt müoglobiinilt tetrameersele hemoglobiinile kaasnes uute omaduste ilmnemine. Hemoglobiini molekul on palju keerulisem kui müoglobiini molekul. Esiteks transpordib hemoglobiin lisaks 0 2-le H + ja CO 2. Teiseks reguleerivad hapniku seondumist hemoglobiiniga sisekeskkonna spetsiifilised komponendid, nimelt H +, CO 2 ja orgaanilised fosforiühendid. Need regulaatorid mõjutavad tugevalt hemoglobiini võimet hapnikku siduda, hoolimata asjaolust, et nad kinnituvad valgu külge heemist kaugel asuvates kohtades. Üldiselt on nn allosteeriline interaktsioon, need. interaktsioon ruumiliselt eraldatud piirkondade vahel esineb paljudes valkudes. Allosteerilised efektid mängivad olulist rolli molekulaarsete protsesside reguleerimisel ja integreerimisel bioloogilistes süsteemides. Hemoglobiin on enim uuritud allosteeriline valk ja seetõttu on mõttekas selle struktuuri ja funktsiooni üksikasjalikumalt käsitleda.
HEMOGLOBIINIS KONFORMATSIOONILISED MUUTUSED
Hapniku sidumisega kaasneb soola rebenemine
terminaalsete karboksüülrühmade moodustatud sidemed
subühikud (joonis 7) See hõlbustab järgmiste molekulide seondumist
hapnikku, kuna see nõuab väiksema arvu purustamist
soolasidemed. Need muudatused mõjutavad oluliselt
sekundaarne, tertsiaarne ja eriti kvaternaarne struktuur
hemoglobiini. Sel juhul pöördub üks A/B allüksuste paar
teise A/B paari suhtes, mis viib tihendamiseni
tetrameeri ja suurenenud heemi afiinsust hapniku suhtes (joonised 8 ja 9).
HEMOGRÜHMI KESKKONNAS KONFORMAATSIOONILISED MUUTUSED
Hemoglobiini hapnikuga varustamisega kaasneb struktuurne
muutused hemogrupi keskkonnas. Kui hapnikuga küllastunud, aatom
raud, mis desoksühemoglobiinis ulatus 0,06 nm kaugusele
heemi rõnga tasapind, tõmbub sellele tasapinnale (joonis 1).
kümme). Raua aatomit järgides liigub see heemile lähemale
proksimaalne histidiin (F8), samuti sellega seotud naaber
Hemoglobiini molekul võib olla kahes vormis – pinges ja lõdvestunud. Hemoglobiini lõdvestunud vorm kipub hapnikuga küllastuma 70 korda kiiremini kui pingeline. Pingestatud ja lõdvestunud vormide fraktsioonide muutus hemoglobiini üldkoguses veres määrab oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõvera S-kujulise vormi ja sellest tulenevalt nn hemoglobiini afiinsuse hapniku suhtes. Kui hemoglobiini pingelisest vormist pingevabale ülemineku tõenäosus on suurem, suureneb hemoglobiini afiinsus hapniku suhtes ja vastupidi. Nende hemoglobiinifraktsioonide moodustumise tõenäosus muutub mitme teguri mõjul üles või alla. Peamine tegur on hapniku seondumine hemoglobiini molekuli heemrühmaga. Samas, mida rohkem hemoglobiini hemoglobiinirühmi seovad erütrotsüütides hapnikku, seda lihtsamaks muutub hemoglobiinimolekuli üleminek lõdvestunud vormile ja seda suurem on nende afiinsus hapniku suhtes. Seetõttu on madala P02 korral, mis esineb metaboolselt aktiivsetes kudedes, hemoglobiini afiinsus hapniku suhtes madalam ja kõrge P02 korral kõrgem. Niipea, kui hemoglobiin haarab hapnikku, suureneb selle afiinsus hapniku suhtes ja hemoglobiini molekul küllastub, kui seotakse nelja hapnikumolekuliga. Kui hemoglobiini sisaldavad erütrotsüüdid jõuavad kudedesse, hajub hapnik erütrotsüütidest rakkudesse. Lihastes siseneb see omamoodi hapnikuhoidlasse – müoglobiini molekulidesse, millest hapnikku kasutatakse lihaste bioloogilisel oksüdatsioonil. Hapniku difusioon erütrotsüütide hemoglobiinist kudedesse on tingitud madalast P02-st kudedes - 35 mm Hg. Art. Koerakkude sees on normaalse ainevahetuse säilitamiseks vajalik hapnikupinge veelgi väiksem – mitte üle 1 kPa. Seetõttu jõuab hapnik difusiooni teel kapillaaridest metaboolselt aktiivsete rakkudeni. Mõned koed on kohanenud madala PO2 sisaldusega verekapillaarides, mida kompenseerib kapillaaride suur tihedus kudede mahuühiku kohta. Näiteks skeleti- ja südamelihases võib kapillaar P02 kontraktsiooni ajal ülikiiresti langeda. Lihasrakud sisaldavad valku müoglobiini, millel on suurem afiinsus hapniku suhtes kui hemoglobiinil. Müoglobiin küllastub intensiivselt hapnikuga ja soodustab selle difusiooni verest skeleti- ja südamelihastesse, kus see põhjustab bioloogilise oksüdatsiooni protsesse. Need koed suudavad neid läbivast verest eraldada kuni 70% hapnikust, mis on tingitud hemoglobiini afiinsuse vähenemisest hapniku suhtes koe temperatuuri ja pH mõjul. PH ja temperatuuri mõju hemoglobiini afiinsusele hapniku suhtes. Hemoglobiini molekulid on võimelised reageerima vesinikioonidega, selle reaktsiooni tulemusena väheneb hemoglobiini afiinsus hapniku suhtes. Kui hemoglobiini küllastus on alla 100%, vähendab madal pH hapniku seondumist hemoglobiiniga – oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõver nihkub mööda x-telge paremale. Seda hemoglobiini omaduste muutust vesinikioonide mõjul nimetatakse Bohri efektiks. Metaboolselt aktiivsed koed toodavad happeid nagu piimhape ja CO2. Kui vereplasma pH langeb normaalselt 7,4-lt 7,2-le, mis tekib lihaste kokkutõmbumisel, siis Bohri efekti mõjul hapniku kontsentratsioon selles tõuseb. Näiteks püsiva pH 7,4 juures annaks veri ära umbes 45% hapnikku, s.t hemoglobiini küllastumine hapnikuga väheneks 55%-ni. Kui aga pH langeb 7,2-ni, nihkub dissotsiatsioonikõver piki x-telge paremale. Selle tulemusena langeb hemoglobiini küllastumine hapnikuga 40% -ni, st veri võib kudedes anda kuni 60% hapnikku, mis on 1/3 rohkem kui konstantse pH korral. Metaboolselt aktiivsed kuded suurendavad soojuse tootmist. Kudede temperatuuri tõus füüsilise töö ajal muudab hemoglobiini fraktsioonide suhet erütrotsüütides ja põhjustab oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõvera nihke paremale piki x-telge. Selle tulemusena vabaneb erütrotsüütide hemoglobiinist rohkem hapnikku ja see siseneb kudedesse. 2,3-difosfoglütseraadi (2,3-DPG) mõju hemoglobiini afiinsusele hapniku suhtes. Teatud füsioloogilistes tingimustes, näiteks kui inimese kõrgel merepinnal viibimise tõttu langeb P02 veres alla normi (hüpoksia), muutub kudede varustamine hapnikuga ebapiisavaks. Hüpoksia ajal võib hemoglobiini afiinsus hapniku suhtes väheneda, kuna erütrotsüütides suureneb 2,3-DPG sisaldus. Erinevalt Bohri efektist ei ole hemoglobiini afiinsuse vähenemine hapniku suhtes 2,3-DPG mõjul kopsude kapillaarides pöörduv. Kui aga veri liigub läbi kopsukapillaaride, on 2,3-DPG toime oksühemoglobiini moodustumist erütrotsüütides (oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõvera lame osa) vähendav toime vähem väljendunud kui hapniku vabanemine erütrotsüütide mõjul. 2,3-DPG kudedes (kõvera kaldus osa), mis tagab kudede normaalse hapnikuvarustuse
Looduslik kolmemõõtmeline struktuur luuakse mitmete energia- ja entroopiategurite toime tulemusena. Valgu molekuli konformatsioonilise seisundi muutumine erinevate välismõjude (pH, temperatuur, ioonse koostise) toimel peegeldub ka selle funktsionaalses aktiivsuses. Konformatsioonilised ümberkorraldused toimuvad väga kiiresti. Esimestel etappidel on neil lokaalne mikrokonformatsiooniline iseloom, mis põhjustab ainult üksikute aatomirühmade nihkumist. Selliste lokaalsete nihkete levik makromolekulaarse struktuuri teistesse piirkondadesse toob juba kaasa üldise konformatsioonilise muutuse biopolümeeri molekulis.
müoglobiin- koosneb ühest polüpeptiidahelast, mis sisaldab 153 aminohappejääki, ja ühest raua porfüriini rühmast (heem) molekuli kohta. Müoglobiin viitab hemoproteiinidele, mis suudavad pöörduvalt hapnikku siduda; skeletilihasrakkudes vastutab hapniku reserveerimise eest, samuti selle rakkude kaudu difusiooni kiiruse suurendamise eest. Fülogeneetiliselt on müoglobiin hemoglobiini eelkäija. Molekul ei sisalda disulfiidsidemeid ja seda iseloomustab a-heliksus 77%. Hapniku sidumise eest vastutav heem asub "hüdrofoobses taskus", mille moodustavad spetsiaalsed selleks mõeldud aminohapped. Heem on protoporfüriini makrotsükkel, mille molekuli keskel paikneb koordineerivalt seotud raudioon. See heemi ruumiline fikseerimine võimaldab siduda hapnikumolekuli kuuenda ligandina.
Hemoglobiin- "hingamisteede" verevalk. See transpordib hapnikku läbi kopsude vereringesüsteemi teistesse organitesse ja tarbimiskeskustesse. Hemoglobiini molekul koosneb neljast paarikaupa identsest polüpeptiidahelast, millest igaüks kannab heemi. Hemoglobiini polüpeptiidahelaid nimetatakse a ja b , ja molekuli sümmeetriline struktuur on kirjutatud kui 2 b 2 . Kvaternaarse struktuuri moodustumine toimub üksikute polüpeptiidahelate hüdrofoobsete interaktsioonide kaudu. Kui heemile lisada hapnikku, tekib oksühemoglobiin, mille kvaternaarne struktuur erineb hapnikuta vormist vaid vähesel määral.
Hapniku lisamine kutsub Hb molekulis esile mitmeid konformatsioonilisi muutusi. Hapniku sidumisega Fe 2+ iooni ülekandmisega madala spinni olekusse kaasneb samaaegne raua nihkumine heemirühma tasapinnale. Toimub järkjärguline soolasildade purunemine a-allüksuste vahel. A-subühikute heemide vaheline kaugus suureneb ja b-subühikute heemide vaheline kaugus väheneb. Üldiselt muudab hapnikuga varustamine iga alaühiku desoksü- ja oksükonformatsioonidest. Nelja soolasilla rebenemine kuuest kahe esimese a-subühiku hapnikuga varustamisel aitab kaasa kahe ülejäänud silla purunemisele ja hõlbustab seetõttu järgmiste hapnikumolekulide kinnitumist ülejäänud subühikutega, suurendades nende afiinsust hapniku suhtes. mitusada korda. See on ühinemise ühistu iseloom.
5(1). DNA esmased ja sekundaarsed struktuurid. Chargaffi reeglid. Vastastikuse täiendavuse põhimõte. Sidemete tüübid DNA molekulis. DNA bioloogiline roll. Molekulaarhaigused on geenimutatsioonide tagajärg.
DNA esmane struktuur - desoksüribonukleosiidmonofosfaatide (dNMP) vaheldumise järjekord polünukleotiidahelas.
Iga fosfaatrühm polünukleotiidahelas, välja arvatud fosforijääk molekuli 5"-otsas, osaleb kahe estersideme moodustamisel, mis hõlmavad kahe naaberdeoksüriboosi 3"- ja 5"-süsinikuaatomit, mistõttu Side monomeeride vahel on tähistatud 3", 5"- fosfodiestriga.
DNA terminaalsed nukleotiidid eristuvad struktuuri järgi: 5 "otsas on fosfaatrühm ja ahela 3" otsas on vaba OH rühm. Neid otsi nimetatakse 5" ja 3" otsteks. Desoksüribonukleotiidide lineaarset järjestust DNA polümeeri ahelas lühendatakse tavaliselt ühetähelise koodiga, näiteks -A-G-C-T-T-A-C-A- 5"- kuni 3" otsaga.
Iga nukleiinhappe monomeer sisaldab fosforhappe jääki. pH 7 juures on fosfaatrühm täielikult ioniseeritud, seega in vivo Nukleiinhapped eksisteerivad polüanioonidena (neil on mitu negatiivset laengut). Pentooside jääkidel on ka hüdrofiilsed omadused. Lämmastikalused on vees peaaegu lahustumatud, kuid mõned puriini- ja pürimidiinitsükli aatomid on võimelised moodustama vesiniksidemed.
DNA sekundaarne struktuur. 1953. aastal pakkusid J. Watson ja F. Crick välja DNA ruumilise struktuuri mudeli. Selle mudeli järgi on DNA molekulil heeliksi kuju, mille moodustavad kaks polünukleotiidahelat, mis on üksteise suhtes ja ümber ühise telje keerdunud. kaksikheeliks paremakäeline, polünukleotiidahelat selles antiparalleelne(joon. 4-6), s.o. kui üks neist on suunatud suunas 3"→5", siis teine on suunatud suunas 5"→3". Seetõttu igas otsas
Riis. 4-6. DNA topeltheeliks. DNA molekulid koosnevad kahest antiparalleelsest ahelast, millel on komplementaarne nukleotiidjärjestus. Ketid on keeratud üksteise suhtes parempoolse spiraalina nii, et pöörde kohta on ligikaudu 10 aluspaari.
DNA molekulid asuvad ühe ahela 5" ja teise ahela 3" otsas.
Kõik DNA ahelate alused asuvad kaksikheeliksi sees ja pentoosfosfaadi karkass on väljaspool. Polünukleotiidahelad hoitakse üksteise suhtes vesiniksidemete tõttu komplementaarsete puriini ja pürimidiini lämmastikualuste A ja T (kaks sidet) ning G ja C (kolm sidet) vahel (joonis 4-7). Selle kombinatsiooniga iga
Riis. 4-7. Puriini-pürimidiini aluspaarid DNA-s.
paar sisaldab kolme rõngast, seega on nende aluspaaride kogusuurus kogu molekuli pikkuses sama. Vesiniksidemed teiste paaris olevate aluste kombinatsioonidega on võimalikud, kuid need on palju nõrgemad. Ühe ahela nukleotiidjärjestus on täielikult komplementaarne teise ahela nukleotiidjärjestusega. Seetõttu on Chargaffi reegli kohaselt (Erwin Chargaff kehtestas 1951. aastal DNA molekulis puriini ja pürimidiini aluste suhte mustrid) puriini aluste arv (A + G) pürimidiini aluste (T + C) arvuga. ).
Täiendavad alused on virnastatud spiraali südamikule. Kaheahelalise molekuli aluste vahel virnas, hüdrofoobsed interaktsioonid, kaksikheeliksi stabiliseerimine.
Selline struktuur välistab lämmastikujääkide kokkupuute veega, kuid aluskorstnat ei saa olla absoluutselt vertikaalne. Aluspaarid on üksteisest veidi nihutatud. Moodustunud struktuuris eristatakse kahte soont - suurt, 2,2 nm laiust ja väikest, laiust 1,2 nm. Suuremate ja väiksemate soonte piirkonnas asuvad lämmastikku sisaldavad alused interakteeruvad spetsiifiliste valkudega, mis on seotud kromatiini struktuuri organiseerimisega.
Chargaffi reeglid- empiiriliselt tuvastatud reeglite süsteem, mis kirjeldab DNA eri tüüpi lämmastikualuste kvantitatiivseid seoseid. Need formuleeriti biokeemiku Erwin Chargaffi rühma töö tulemusena aastatel 1949–1951.
Enne Chargaffi grupi tööd domineeris nn “tetranukleotiidi” teooria, mille kohaselt DNA koosneb nelja erineva lämmastiku aluse (adeniin, tümiin, guaniin ja tsütosiin) korduvatest plokkidest. Chargaff ja kaastöötajad suutsid paberkromatograafia abil eraldada DNA nukleotiidid ja määrata erinevat tüüpi nukleotiidide täpsed kvantitatiivsed suhted. Need erinesid oluliselt ekvimolaarsetest, mida võiks eeldada, kui kõik neli alust oleksid esindatud võrdsetes osades. Chargaffi poolt adeniini (A), tümiini (T), guaniini (G) ja tsütosiini (C) suhted olid järgmised:
1. Adeniini kogus võrdub tümiini kogusega ja guaniini kogus on võrdne tsütosiiniga: A=T, G=C.
2. Puriinide arv võrdub pürimidiinide arvuga: A + G = T + C.
3. Aluses 6 aminorühmadega aluste arv on võrdne positsioonis 6 ketorühmadega aluste arvuga: A+C=G+T.
Samal ajal võib suhe (A+T):(G+C) eri liikide DNA-s olla erinev. Mõnes on ülekaalus AT paarid, teistes - HC.
Chargaffi reeglid koos röntgendifraktsiooni andmetega mängisid otsustavat rolli J. Watsoni ja Francis Cricki DNA struktuuri dešifreerimisel.
Vastastikune täiendavus(sisse keemia, molekulaarbioloogia ja geneetika) – molekulide vastastikune vastavus biopolümeerid või nende fragmendid, mis tagab sidemete moodustumise molekulide ruumiliselt komplementaarsete (komplementaarsete) fragmentide või nende struktuursete fragmentide vahel. supramolekulaarsed interaktsioonid(vesiniksidemete teke, hüdrofoobsed vastasmõjud, laetud funktsionaalrühmade elektrostaatilised vastasmõjud jne).
Komplementaarsete fragmentide või biopolümeeride interaktsiooniga ei kaasne kovalentse moodustumist keemiline side komplementaarsete fragmentide vahel aga viib see komplementaarsete fragmentide ruumilise vastastikuse vastavuse tõttu paljude suhteliselt nõrkade sidemete tekkeni (vesinik ja van der Waals) piisavalt suure koguenergiaga, mis viib stabiilsete molekulaarkomplekside tekkeni.
Samal ajal tuleb märkida, et ensüümide katalüütilise aktiivsuse mehhanismi määrab ensüümi komplementaarsus ja katalüüsitud reaktsiooni siirdeseisund või vaheprodukt – ja sel juhul võib keemilise sideme pöörduv moodustumine. esineda.
Nukleiinhapete komplementaarsus
Millal nukleiinhapped- nii oligo- kui ka polünukleotiidsed lämmastikualused nukleotiidid võimeline tänu haridusele vesiniksidemed moodustavad paariskomplekse adeniin-tümiin(või uratsiil sisse RNA) ja guaniin-tsütosiin kui ahelad interakteeruvad nukleiinhapped. Selline interaktsioon mängib võtmerolli mitmes geneetilise teabe salvestamise ja edastamise põhiprotsessis: DNA replikatsioon, mis tagab geneetilise informatsiooni ülekande raku jagunemise ajal, transkriptsioonid DNA RNA-ks sünteesi käigus valgud, mida kodeerib DNA geen, geneetilise teabe salvestamine kaheahelalises DNA-s ja DNA parandamise protsessides, kui see on kahjustatud.
DNA sünteesis kasutatakse komplementaarsuse põhimõtet. See on range vastavus vesiniksidemetega ühendatud lämmastikualuste ühendite vahel, milles: A-T ( adeniinühendub -ga tümiin) G-C ( Guaniinühendub -ga Tsütosiin)
Ensümaatiline katalüüs
Täiendav ensüümi-substraadi sidumine on ensümaatilise aktiivsuse mehhanismi võtmetegur ja vastupidiselt ülalkirjeldatud olukordadele keemiliselt sidumata komplekside moodustumisel võib sideme korral viia keemilise reaktsiooni initsiatsioonini. ensüüm substraadiga on komplementaarsus suhteliselt madal, kuid suure komplementaarsuse korral substraadi üleminekureaktsiooni olekuga see olek stabiliseerub, mis toob kaasa ensüümide katalüütilise aktiivsuse mõju: selline üleminekuoleku stabiliseerumine on samaväärne vähenemine sisse aktiveerimise energia ja vastavalt reaktsioonikiiruse järsk tõus.
Vesiniksidemed, Van der Waalsi jõud. Ligandi sidumine või seostamine retseptoriga (ligandi niinimetatud "dokkimine" retseptori spetsiifilisse "nišši") on tavaliselt pöörduv ja lühiajaline. Pöördprotsessi nimetatakse ligandi dissotsiatsiooniks sidemest retseptoriga. Ligandi pöördumatu kovalentne seondumine retseptori või selle ligandi muu molekulaarse sihtmärgiga on bioloogilistes süsteemides haruldane, vähemalt füsioloogilistes tingimustes. Kuid loomulikult eksisteerivad ja on meditsiinis isegi väga olulised kunstlikud eksogeensed ligandid, mis seostuvad pöördumatult kovalentselt sihtmolekulidega, nagu näiteks pöördumatult alküülivad DNA alküülivat tüüpi kasvajavastased ravimid või MAOI pöördumatult inaktiveerivad MAO antidepressandid. või pöördumatult inaktiveerivad α-adrenoretseptorid fenoksübensamiin. Erinevalt metallorgaanilises ja anorgaanilises keemias tunnustatud ligandi määratlusest on ligandi ja sihtmärk-biomolekulide interaktsiooni protsessi jaoks täiesti ebaoluline (ja mitte nõutav), et ligand interakteerub täpselt kofaktormetalliga. bioloogiline molekul (eriti kuna kõik bioloogilised molekulid ei sisalda metalle).kofaktoritena). Ligandi seondumist bioloogilise molekuli metalli sisaldava kohaga leidub aga sageli bioloogilistes süsteemides ja sellel on suur bioloogiline tähtsus transportvalkude, näiteks hemoglobiini jaoks (mis transpordib hapnikku, süsinikdioksiidi ja on samuti võimeline transportima). muud endogeensed gaasid, eelkõige endogeenne süsinikmonooksiid). gaas, endogeenne vesiniksulfiid ja endogeenne vääveloksiid (IV)) ning katalüütilised ensüümid, millest paljud on metalloensüümid (need sisaldavad ühe või teise metalli iooni koostises aktiivne katalüütiline keskus koordinatsioonikompleksis valguga).
Retseptoritega seonduvad ligandid aga ei saa või peaaegu ei suuda retseptorit aktiveerida (või õigemini teevad nad seda tühise tõenäosusega) ning seetõttu ei saa ega põhjusta iseenesest retseptorsüsteemi füsioloogilist reaktsiooni, vaid ainult takistavad Nii agonistide kui ka pöördagonistide seondumist ja füsioloogilist reaktsiooni neile nimetatakse antagonistideks.
Vasakpoolses näites on doosi-vastuse kõverad näidatud kahe ligandi jaoks, millel on retseptori suhtes erinev afiinsusaste (erinevad afiinsused selle suhtes). Ligandi seondumist retseptoriga iseloomustatakse sageli selle järgi, milline ligandi kontsentratsioon on vajalik, et hõivata 50% kõigist saadaolevatest retseptoriga seondumiskohtadest – nn IC50. IC50 väärtus on seotud dissotsiatsioonikonstandiga K i, kuid erineb sellest. See erineb ka EC 50 väärtusest, kuna 50% saadaolevatest retseptoritest hõivamine ei too tingimata kaasa 50% maksimaalsest füsioloogilisest vastusest antud agonisti puhul või 50% maksimaalsest füsioloogilisest vastusest "kokku" ( IC 50 võib olla kas suurem või väiksem kui EC 50, olenevalt konkreetse füsioloogilise retseptorsüsteemi regulatsiooni iseärasustest – on olemas mõlemad retseptorisüsteemid, mille puhul suhteliselt väikese arvu retseptorite hõivamine annab suure füsioloogilise efekti, ja , vastupidi, süsteemid, milles olemasolevate retseptorite olulise füsioloogilise efekti tekitamiseks tuleb hõivata suur protsent, ja füsioloogilise toime ulatuse sõltuvus retseptori hõivatuse protsendist, samuti agonisti annusest, ei mõjuta. peab olema üldse lineaarne). Ligandil, mille annuse-vastuse kõver on näidatud punasega, on kõrgem afiinsus retseptori suhtes (suurem seondumisafiinsus) kui ligandil, mille kõver on näidatud rohelisega. Kui mõlemad ligandid esinevad samal ajal, siis suurem protsent kõrge afiinsusega (millel on suurem afiinsus retseptori suhtes) ligandit seondub saadaolevate retseptori sidumissaitidega kui madalama afiinsusega ligand. See mehhanism selgitab eelkõige, miks süsinikmonooksiid (II) võib isegi madalatel kontsentratsioonidel konkureerida hapnikuga hemoglobiiniga seondumise pärast, olles selle transportvalgu kõrgem afiinsus (oma hemoglobiini suhtes suurema afiinsusega) "agonist" ja miks see põhjustab sageli süsinikmonooksiidi mürgitust.
Ligandi seondumisafiinsus retseptori suhtes (ligandi afiinsuse määr retseptori suhtes) määratakse kõige sagedamini meetodil, mille abil asendatakse märgistatud radioaktiivne ligand (viidatud kui "kuum ligand") huvipakkuva ligandiga (viidatud). "külma" või "test" ligandina). Homoloogsed konkureerivad ligandi ja retseptori sidumise katsed on katsed, milles "kuum" (radiomärgistatud) ja "külm" (märgistamata) ligand on sama kemikaal ja nad konkureerivad üksteisega retseptoriga saadaolevate seondumiskohtade pärast. On ka meetodeid, mis ei kasuta radioaktiivset märgist, näiteks pinnaplasmonresonants, topeltpolarisatsiooni interferomeetria. Need meetodid võimaldavad määrata mitte ainult agonisti afiinsust (afiinsusastet) retseptori suhtes, vaid ka selle seostumis- ja dissotsieerumise kineetikat retseptoriga sidemega ning kahe polarisatsiooniga interferomeetria korral ka retseptoriga seondumise ja dissotsiatsiooni kineetikat. konfiguratsiooni muutused retseptoris, mis on põhjustatud agonisti seondumisest sellega. Viimasel ajal on välja töötatud ka mikrotermoforeesi meetod. See meetod võimaldab määrata seondumisafiinsust ilma ligandi molekulmassile mingeid piiranguid seadmata.
Ligandi retseptoriga seondumise kineetika ja selle afiinsuse kohta saadud andmete analüüsimiseks kasutatakse statistilise mehaanika meetodeid, eelkõige arvutatakse nn. konfiguratsiooni integraal. .
Ligandi retseptori afiinsus (afiinsus) ja molaarne aktiivsus ("potentsiaal").
Ligandi afiinsuse määr retseptorite suhtes või ligandi niinimetatud "afiinsus" retseptorite suhtes ei määra iseenesest konkreetse ligandi molaarset aktiivsust (üldist "tugevust"). Aine molaarne aktiivsus (tugevus) tuleneb komplekssest interaktsioonist aine retseptorite suhtes afiinsuse astme ja selle sisemise agonisti aktiivsuse (teisisõnu selle retseptori efektiivsuse) vahel. Sisemine agonistlik aktiivsus (retseptori efektiivsus) on antud ligandi võime kvantitatiivne karakteristik pärast retseptoriga seondumist esile kutsuda teatud bioloogilist vastust ja selle esile kutsutud bioloogilise reaktsiooni ulatuse mõõt protsendina maksimaalsest võimalikust. bioloogiline reaktsioon, mida peetakse endogeense agonisti maksimaalseks stimulatsiooniks (100%). Sõltuvalt ligandi poolt põhjustatud bioloogilise vastuse olemusest, olemusest, märgist ja suurusest klassifitseeritakse see kas agonistiks või isegi superagonistiks või osaliseks agonistiks või neutraalseks antagonistiks või pöördagonistiks.
Selektiivsed ja mitteselektiivsed ligandid
Selektiivsed ligandid kipuvad siduma kliiniliselt/füsioloogiliselt olulisi (tavaliselt nanomolaarseid) kontsentratsioone ainult üsna piiratud hulga retseptori alatüüpidega (kõik need alatüübid ei pruugi olla sama endogeense ligandi retseptorid). Samal ajal kipuvad mitteselektiivsed ligandid seonduma olulistel kontsentratsioonidel märkimisväärselt paljude retseptorite alatüüpidega (sageli erinevate endogeensete ligandidega) ja tekitavad seeläbi laiemat valikut kliinilisi, biokeemilisi ja füsioloogilisi toimeid, mis on mõlemad soovitavad. ja sageli ka soovimatud kõrvalmõjud.
Ligandi selektiivsus on üsna tinglik ja suhteline mõiste, kuna neid on väga vähe tõeliselt valiv ligandid, mis seovad ainult ühega retseptori alatüüp kõigis "mõistlikes", kliiniliselt saavutatavates kontsentratsioonides inimestel ja veelgi vähem ligande, mis suudavad säilitada 100% selektiivsust nendel kontsentratsioonidel, mida saab luua loomkatsetes, ja veelgi enam "in vitro" in vitro). Sageli kaob konkreetse ligandi näiline suhteline selektiivsus annuse või kontsentratsiooni suurenemisega (st kõrgemate kontsentratsioonide või annuste korral hakkab see interakteeruma teiste retseptori alatüüpidega) ja sellel on märkimisväärne kliiniline tähtsus (näiteks suurtes annustes selektiivne opioidiretseptori agonist buprenorfiin võib märkimisväärselt pärssida hingamist ja põhjustada eufooriat, kuna selektiivsus võrreldes morfiiniga kaob; samuti võivad selektiivsete β-blokaatorite suured annused põhjustada bronhospasmi, kuna selektiivsus β 1 alatüübi suhtes kaob, ja suured β annused 2-agonistid võivad lisaks bronhospasmi kõrvaldamisele põhjustada ka tahhükardiat; atüüpiliste antipsühhootikumide, nagu risperidoon ja olansapiin, suured annused võivad põhjustada tüüpiliste antipsühhootikumidega sarnaseid ekstrapüramidaalseid kõrvaltoimeid.
Uute selektiivsemate ligandide väljatöötamine on kaasaegse eksperimentaalse ja kliinilise farmakoloogia oluline ülesanne, kuna selektiivsed ligandid, aktiveerides või blokeerides selektiivselt ainult ühte "soovitud" retseptori alatüüpi või mitut nende alatüüpi, kalduvad avaldama vähem kõrvaltoimeid, samas kui mitte. -selektiivsed ligandid, seostudes paljude retseptoritega, tekitavad nad nii soovitavaid kui ka soovimatuid kõrvalmõjusid. Hea näide on suhteliselt mitteselektiivse kloorpromasiini võrdlus selektiivsema haloperidooliga: kloorpromasiin põhjustab oma madala selektiivsuse tõttu lisaks kasulikule antipsühhootilisele toimele palju kõrvaltoimeid (seega põhjustab α1-blokaad hüpotensiooni ja tahhükardiat , H 1 -histamiini blokaad põhjustab uimasust, sedatsiooni, söögiisu suurenemist ja kehakaalu tõusu, M-antikolinergiline blokaad - suukuivust ja kõhukinnisust jne, samas kui haloperidool põhjustab neid nähtusi palju vähemal määral ja kliiniliselt kasutatavates annustes peamiselt ekstrapüramidaalset. kõrvaltoimed, mis on otseselt seotud selle peamise D2-blokeeriva toimega).
Konkreetse ligandi suhtelise selektiivsuse mõõt on selle afiinsuse (afiinsuse) suhe "soovitud", "peamise" retseptori alatüübiga (näiteks antipsühhootikumide puhul D2-sse) ja afiinsuse (afiinsuse) alatüübi retseptorite suurusjärgus lähim järgmine - see tähendab suhte K i (1) / K i (2) väärtust. Kõrgem afiinsus "soovitava" tüüpi retseptori suhtes, aktiivsemad ("kõrgema toimega") ühendid on sageli, kuigi mitte alati, ka selektiivsemad, vähemalt madalatel kontsentratsioonidel (mis on jällegi võimalik just tänu suuremale afiinsusele ühendi suurem aktiivsus retseptori jaoks ja ühendi suurem aktiivsus). Seega on eksperimentaalse ja kliinilise farmakoloogia oluliseks ülesandeks teatud tüüpi retseptorite suhtes uute, kõrgema afiinsusega (suurema afiinsusega retseptori suhtes) ja aktiivsemate ("kõrgema toimega") ühendite väljatöötamine.
Kahevalentsed ligandid
Kahevalentsed ligandid koosnevad kahest ühendatud molekulist, millest igaüks on ligand teatud retseptorite alatüübile (sama või erinev) ning tänu ruumilise struktuuri iseärasustele on molekuli mõlemad osad võimelised. samaaegselt seonduvad "komposiitse" homo- või heterodimeerse retseptori kompleksi kahe osaga. Kahevalentseid ligande kasutatakse teadusuuringutes homo- ja heterodimeersete retseptorikomplekside avastamiseks ja uurimiseks ning nende omaduste uurimiseks. Kahevalentsed ligandid on tavaliselt suured molekulid ja neil ei pruugi olla soovitavaid ravimiomadusi, nagu mugav farmakokineetika (vastuvõetav biosaadavus, kliiniline kasutuslihtsus, vastuvõetav poolestusaeg jne), madal allergeensus ja vastuvõetav toksilisus ning kõrvaltoimed, mistõttu nad üldiselt ei sobi. või ei sobi kasutamiseks kliinilises praktikas väljaspool uurimislaboreid.
privilegeeritud struktuur
Eelistatud struktuur on molekuli struktuurne osa, radikaal või keemiline element, mis või mida korratakse statistiliselt sageli teatud farmakoloogilise klassi juba tuntud ravimite, teatud tüüpi või retseptorite alatüübi juba tuntud ligandide või tuntud retseptorite hulgas. antud ensüümi inhibiitorid või mõne muu hulgas, mis on eraldatud vastavalt juba tuntud bioloogiliselt aktiivsete ühendite spetsiifilise alamhulga ühistele tunnustele. Neid statistiliselt eristatavaid eelistatud keemilise struktuuri elemente saab hiljem kasutada uute bioloogiliselt aktiivsete ühendite või uute ravimite väljatöötamisel, mille omadused on sarnased või võib-olla isegi paranenud algühenditega võrreldes, ja isegi tervete raamatukogude väljatöötamiseks. sellised ühendid.
Tüüpilised näited on näiteks erineva keemilise struktuuriga tritsüklilised struktuurid tritsükliliste antidepressantide molekulides või keemiliselt sarnaste tervete antipsühhootikumide alamklasside olemasolu, nagu butürofenooni derivaadid (haloperidool, spiperoon, droperidool jne), indooli derivaadid (reserpiin). , karbidiin jne), fenotiasiini derivaadid (kloorpromasiin, perfenasiin jne).
Vaata ka
Märkmed
- Teif V.B. (2005). "Ligand-indutseeritud DNA kondenseerumine: mudeli valimine" Biofüüsikaline ajakiri. 89 (4): 2574-2587. DOI:10.1529/biophysj.105.063909. PMC. PMID.
- Teif VB, Rippe K. (2010). "Statistilis-mehaanilised võremudelid valgu-DNA sidumiseks kromatiinis". Füüsika ajakiri: kondenseeritud aine. 22 (41): 414105.