Протеини: първична структура на протеини, схема на образуване на трипептид. Биосинтеза на протеини. Структурата на един протеин се определя от нивата на организация и функция на протеините

Доказано е съществуването на 4 нива на структурна организация на една белтъчна молекула.

Първична протеинова структура– последователността на подреждане на аминокиселинните остатъци в полипептидната верига. В протеините отделните аминокиселини са свързани една с друга пептидни връзки, възникващи от взаимодействието на а-карбоксилни и а-амино групи на аминокиселини.

Към днешна дата е дешифрирана първичната структура на десетки хиляди различни протеини. За да се определи първичната структура на протеина, аминокиселинният състав се определя с помощта на методи на хидролиза. След това се определя химическата природа на крайните аминокиселини. Следващата стъпка е определяне на последователността на аминокиселините в полипептидната верига. За тази цел се използва селективна частична (химична и ензимна) хидролиза. Възможно е да се използва рентгенов дифракционен анализ, както и данни за комплементарната нуклеотидна последователност на ДНК.

Вторична структура на протеина– конфигурация на полипептидната верига, т.е. метод за опаковане на полипептидна верига в специфична конформация. Този процес не протича хаотично, а в съответствие с програмата, заложена в първичната структура.

Стабилността на вторичната структура се осигурява главно от водородни връзки, но известен принос имат и ковалентните връзки - пептидни и дисулфидни.

Разглежда се най-вероятният тип структура на глобуларните протеини а-спирала. Усукването на полипептидната верига става по посока на часовниковата стрелка. Всеки протеин се характеризира с определена степен на спирализация. Ако хемоглобиновите вериги са 75% спирални, тогава пепсинът е само 30%.

Типът конфигурация на полипептидните вериги, открити в протеините на косата, коприната и мускулите, се нарича б-структури. Сегментите на пептидната верига са подредени в един слой, образувайки фигура, подобна на сгънат на акордеон лист. Слоят може да бъде образуван от две или повече пептидни вериги.

В природата има протеини, чиято структура не съответства нито на β-, нито на a-структурата, например колагенът е фибриларен протеин, който съставлява по-голямата част от съединителната тъкан в човешкото и животинското тяло.

Третична структура на протеина– пространствена ориентация на полипептидната спирала или начинът, по който полипептидната верига е разположена в определен обем. Първият протеин, чиято третична структура е изяснена чрез рентгенов дифракционен анализ, е миоглобинът на кашалота (фиг. 2).

При стабилизирането на пространствената структура на протеините, освен ковалентните връзки, основна роля играят нековалентните връзки (водородни, електростатични взаимодействия на заредени групи, междумолекулни ван дер ваалсови сили, хидрофобни взаимодействия и др.).

Според съвременните концепции третичната структура на протеина след завършване на неговия синтез се образува спонтанно. Основната движеща сила е взаимодействието на аминокиселинните радикали с водните молекули. В този случай неполярните хидрофобни аминокиселинни радикали са потопени вътре в протеиновата молекула, а полярните радикали са ориентирани към водата. Процесът на образуване на естествената пространствена структура на полипептидна верига се нарича сгъване. Протеините, наречени придружители.Те участват в сгъването. Описани са редица наследствени заболявания на човека, чието развитие е свързано с нарушения, дължащи се на мутации в процеса на сгъване (пигментоза, фиброза и др.).

С помощта на методите за рентгенов дифракционен анализ е доказано съществуването на нива на структурна организация на белтъчната молекула, междинни между вторичната и третичната структура. Домейне компактна глобуларна структурна единица в полипептидна верига (фиг. 3). Открити са много протеини (например имуноглобулини), състоящи се от домени с различна структура и функции, кодирани от различни гени.

Всички биологични свойства на протеините са свързани със запазването на тяхната третична структура, която се нарича местен. Белтъчната глобула не е абсолютно твърда структура: възможни са обратими движения на части от пептидната верига. Тези промени не нарушават цялостната конформация на молекулата. Конформацията на протеиновата молекула се влияе от pH на околната среда, йонната сила на разтвора и взаимодействието с други вещества. Всички влияния, водещи до нарушаване на нативната конформация на молекулата, са придружени от частична или пълна загуба на биологичните свойства на протеина.

Кватернерна протеинова структура- метод за полагане в пространството на отделни полипептидни вериги, които имат еднаква или различна първична, вторична или третична структура, и образуването на структурно и функционално единна макромолекулна формация.

Нарича се белтъчна молекула, състояща се от няколко полипептидни вериги олигомер, и всяка верига, включена в него - протомер. Олигомерните протеини често са изградени от четен брой протомери, например, молекулата на хемоглобина се състои от две а- и две b-полипептидни вериги (фиг. 4).

Около 5% от протеините имат кватернерна структура, включително хемоглобин и имуноглобулини. Структурата на субединицата е характерна за много ензими.

Протеиновите молекули, които изграждат протеин с кватернерна структура, се образуват отделно върху рибозомите и едва след завършване на синтеза образуват обща супрамолекулна структура. Протеинът придобива биологична активност само когато съставните му протомери се комбинират. В стабилизирането на кватернерната структура участват същите видове взаимодействия, както и в стабилизирането на третичната.

Някои изследователи признават съществуването на пето ниво на структурна организация на протеина. Това метаболизъм -полифункционални макромолекулни комплекси от различни ензими, които катализират целия път на субстратни трансформации (синтетази на висши мастни киселини, пируват дехидрогеназен комплекс, дихателна верига).

Биосинтеза на протеини.

1. Структурата на един протеин се определя:

1) група гени 2) един ген

3) една ДНК молекула 4) съвкупността от гени на даден организъм

2. Генът кодира информация за последователността на мономерите в молекулата:

1) tRNA 2) AA 3) гликоген 4) ДНК

3. Триплетите се наричат ​​антикодони:

1) ДНК 2) t-RNA 3) i-RNA 4) r-RNA

4. Пластичният обмен се състои главно от реакции:

1) разлагане на органични вещества 2) разлагане на неорганични вещества

3) синтез на органични вещества 4) синтез на неорганични вещества

5. Синтезът на протеин в прокариотна клетка се случва:

1) върху рибозомите в ядрото 2) върху рибозомите в цитоплазмата 3) в клетъчната стена

4) на външната повърхност на цитоплазмената мембрана

6. Процесът на излъчване се случва:

1) в цитоплазмата 2) в ядрото 3) в митохондриите

4) върху мембраните на грубия ендоплазмен ретикулум

7. Синтезът се извършва върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум:

1)АТР; 2) въглехидрати; 3) липиди; 4) протеини.

8. Един триплет кодира:

1. един АК 2 един признак на организъм 3. няколко АК

9. Протеиновият синтез е завършен в момента

1. разпознаване на кодон от антикодон 2. поява на "препинателен знак" върху рибозомата

3. навлизане на иРНК в рибозомата

10. Процесът, който води до разчитане на информация от ДНК молекула.

1.превод 2.транскрипция 3.трансформация

11. Свойствата на протеините се определят...

1. вторична структура на протеина 2. първична структура на протеина

3.третична протеинова структура

12. Процесът, чрез който антикодонът разпознава кодон на иРНК

13. Етапи на протеиновата биосинтеза.

1.транскрипция, превод 2.трансформация, превод

3.трансорганизация, транскрипция

14. Антикодонът на тРНК се състои от UCG нуклеотиди. Кой ДНК триплет е комплементарен към него?

1.UUG 2. TTC 3. TCG

15. Броят на тРНК, участващи в транслацията, е равен на броя на:

1. иРНК кодони, които кодират аминокиселини 2. иРНК молекули

3 Гени, включени в молекулата на ДНК 4. Протеини, синтезирани върху рибозоми

16. Установете последователността на подреждане на i-РНК нуклеотиди по време на транскрипция от една от ДНК веригите: A-G-T-C-G

1) U 2) G 3) C 4) A 5) C

17. Когато една ДНК молекула се репликира, тя произвежда:

1) нишка, която се е разпаднала на отделни фрагменти от дъщерни молекули

2) молекула, състояща се от две нови ДНК вериги

3) молекула, половината от която се състои от иРНК верига

4) дъщерна молекула, състояща се от една стара и една нова ДНК верига

18. Шаблонът за синтеза на иРНК молекула по време на транскрипция е:

1) цялата ДНК молекула 2) изцяло една от веригите на ДНК молекулата

3) участък от една от веригите на ДНК

4) в някои случаи една от веригите на ДНК молекулата, в други – цялата ДНК молекула.

19. Процес на самоудвояване на ДНК молекула.

1.репликация 2.репарация

3. прераждане

20. По време на протеиновата биосинтеза в клетката енергията на АТФ е:

1) консумирани 2) съхранявани

3) не се консумира или разпределя

21. В соматичните клетки на многоклетъчен организъм:

1) различен набор от гени и протеини 2) същия набор от гени и протеини

3) същият набор от гени, но различен набор от протеини

4) същият набор от протеини, но различен набор от гени

22.. Един триплет от ДНК носи информация за:

1) последователност от аминокиселини в протеинова молекула

2) характеристика на организма 3) аминокиселина в молекулата на синтезирания протеин

4) съставът на молекулата на РНК

23. Кой от процесите не се случва в клетки с никаква структура и функция:

1) протеинов синтез 2) метаболизъм 3) митоза 4) мейоза

24. Понятието „транскрипция“ се отнася до процеса:

1) Дублиране на ДНК 2) Синтез на иРНК върху ДНК

3) прехвърляне на иРНК към рибозоми 4) създаване на протеинови молекули върху полизомата

25. Част от ДНК молекула, която носи информация за една протеинова молекула е:

1)ген 2)фенотип 3)геном 4)генотип

26. Транскрипцията при еукариотите се извършва в:

1) цитоплазма 2) ендоплазмена мембрана 3) лизозоми 4) ядро

27. Синтезът на протеини се осъществява в:

1) гранулиран ендоплазмен ретикулум

2) гладък ендоплазмен ретикулум 3) ядро ​​4) лизозоми

28. Една аминокиселина е кодирана:

1) четири нуклеотида 2) два нуклеотида

3) един нуклеотид 4) три нуклеотида

29. Триплет от ATC нуклеотиди в ДНК молекула ще съответства на кодон на иРНК молекула:

1) TAG 2) UAG 3) UTC 4) TsAU

30. Препинателни знацигенетичен код:

1. кодират определени протеини 2. задействат протеиновия синтез

3. спират протеиновия синтез

31. Процес на самоудвояване на ДНК молекула.

1. репликация 2. възстановяване 3. прераждане

32. Функция на иРНК в процеса на биосинтеза.

1.съхранение на наследствена информация 2.транспорт на АК до рибозомите

3.доставяне на информация на рибозомите

33. Процесът, при който тРНК довеждат аминокиселини до рибозомите.

1.транскрипция 2.превод 3.трансформация

34. Рибозоми, които синтезират една и съща протеинова молекула.

1.хромозома 2.полизома 3.мегахромозома

35. Процесът, чрез който аминокиселините образуват протеинова молекула.

1.транскрипция 2.превод 3.трансформация

36. Реакциите на матричен синтез включват...

1.ДНК репликация 2.транскрипция, транслация 3.и двата отговора са верни

37. Един ДНК триплет носи информация за:

1.Поредици от аминокиселини в протеинова молекула
2.Местоположение на определен АК в протеиновата верига
3. Характеристики на конкретен организъм
4. Аминокиселина, включена в протеиновата верига

38. Генът кодира информация за:

1) структурата на протеини, мазнини и въглехидрати 2) първичната структура на протеина

3) нуклеотидни последователности в ДНК

4) аминокиселинни последователности в 2 или повече протеинови молекули

39. Синтезът на иРНК започва с:

1) разделяне на ДНК на две вериги 2) взаимодействие на ензима РНК полимераза и гена

3) генно дублиране 4) генно разпадане на нуклеотиди

40. Транскрипцията се извършва:

1) в ядрото 2) върху рибозомите 3) в цитоплазмата 4) върху каналите на гладкия ER

41. Синтезът на протеини не се осъществява върху рибозомите в:

1) патоген на туберкулоза 2) пчели 3) мухоморка 4) бактериофаг

42. По време на транслацията матрицата за сглобяване на полипептидната верига на протеин е:

1) двете вериги на ДНК 2) една от веригите на молекулата на ДНК

3) молекула иРНК 4) в някои случаи една от веригите на ДНК, в други – молекула иРНК

1. Структурата на един протеин се определя:

1) група гени 2) един ген

3) една ДНК молекула 4) съвкупността от гени на даден организъм

2. Генът кодира информация за последователността на мономерите в молекулата:

1) tRNA 2) AA 3) гликоген 4) ДНК

3. Триплетите се наричат ​​антикодони:

1) ДНК 2) t-RNA 3) i-RNA 4) r-RNA

4. Пластичният обмен се състои главно от реакции:

1) разлагане на органични вещества 2) разлагане на неорганични вещества

3) синтез на органични вещества 4) синтез на неорганични вещества

5. Синтезът на протеин в прокариотна клетка се случва:

1) върху рибозомите в ядрото 2) върху рибозомите в цитоплазмата 3) в клетъчната стена

6. Процесът на излъчване се случва:

1) в цитоплазмата 2) в ядрото 3) в митохондриите

4) върху мембраните на грубия ендоплазмен ретикулум

7. Синтезът се извършва върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум:

1)АТР; 2) въглехидрати; 3) липиди; 4) протеини.

8. Един триплет кодира:

1. един АК 2 един признак на организъм 3. няколко АК

13. Етапи на протеиновата биосинтеза.

1.транскрипция, превод 2.трансформация, превод

3.трансорганизация, транскрипция

14. Антикодонът на тРНК се състои от UCG нуклеотиди. Кой ДНК триплет е комплементарен към него?

1.UUG 2. TTC 3. TCG

2) молекула, състояща се от две нови ДНК вериги

4) дъщерна молекула, състояща се от една стара и една нова ДНК верига

18. Шаблонът за синтеза на иРНК молекула по време на транскрипция е:

1) цялата ДНК молекула 2) изцяло една от веригите на ДНК молекулата

4) в някои случаи една от веригите на ДНК молекулата, в други – цялата ДНК молекула.

19. Процес на самоудвояване на ДНК молекула.

1.репликация 2.репарация

3. прераждане

20. По време на биосинтеза на протеин в клетката, ATP енергия:

1) консумирани 2) съхранявани

21. В соматичните клетки на многоклетъчен организъм:

1) различен набор от гени и протеини 2) същия набор от гени и протеини

3) същият набор от гени, но различен набор от протеини

23. Кой от процесите не се случва в клетки с никаква структура и функция:

1) протеинов синтез 2) метаболизъм 3) митоза 4) мейоза

24. Понятието „транскрипция“ се отнася до процеса:

1) Дублиране на ДНК 2) Синтез на иРНК върху ДНК

3) прехвърляне на иРНК към рибозоми 4) създаване на протеинови молекули върху полизомата

25. Част от ДНК молекула, която носи информация за една протеинова молекула е:

1)ген 2)фенотип 3)геном 4)генотип

26. Транскрипцията при еукариотите се извършва в:

1) цитоплазма 2) ендоплазмена мембрана 3) лизозоми 4) ядро

27. Синтезът на протеини се осъществява в:

1) гранулиран ендоплазмен ретикулум

2) гладък ендоплазмен ретикулум 3) ядро ​​4) лизозоми

28. Една аминокиселина е кодирана:

1) четири нуклеотида 2) два нуклеотида

29. Триплет от ATC нуклеотиди в ДНК молекула ще съответства на кодон на иРНК молекула:

1) TAG 2) UAG 3) UTC 4) TsAU

30. Препинателни знаци на генетичния код:

1. кодират определени протеини 2. задействат протеиновия синтез

3. спират протеиновия синтез

31. Процес на самоудвояване на ДНК молекула.

1. репликация 2. възстановяване 3. прераждане

32. Функция на иРНК в процеса на биосинтеза.

1.съхранение на наследствена информация 2.транспорт на АК до рибозомите

33. Процесът, при който тРНК довеждат аминокиселини до рибозомите.

1.транскрипция 2.превод 3.трансформация

34. Рибозоми, които синтезират една и съща протеинова молекула.

1.хромозома 2.полизома 3.мегахромозома

35. Процесът, при който аминокиселините образуват протеинова молекула.

1.транскрипция 2.превод 3.трансформация

36. Реакциите на матричен синтез включват...

1.ДНК репликация 2.транскрипция, транслация 3.и двата отговора са верни

37. Един ДНК триплет носи информация за:

1.Поредици от аминокиселини в протеинова молекула

38. Генът кодира информация за:

1) структурата на протеини, мазнини и въглехидрати 2) първичната структура на протеина

3) нуклеотидни последователности в ДНК

4) аминокиселинни последователности в 2 или повече протеинови молекули

39. Синтезът на иРНК започва с:

1) разделяне на ДНК на две вериги 2) взаимодействие на ензима РНК полимераза и гена

40. Транскрипцията се случва:

1) в ядрото 2) върху рибозомите 3) в цитоплазмата 4) върху каналите на гладкия ER

41. Протеиновият синтез не се осъществява върху рибозомите в:

1) патоген на туберкулоза 2) пчели 3) мухоморка 4) бактериофаг

42. По време на транслацията матрицата за сглобяване на полипептидната верига на протеин е:

1) двете вериги на ДНК 2) една от веригите на молекулата на ДНК

3) молекула иРНК 4) в някои случаи една от веригите на ДНК, в други – молекула иРНК

Биологична химия Лелевич Владимир Валерианович

Нива на структурна организация на протеините

Първична структура– строго определена линейна последователност от аминокиселини в полипептидна верига.

Стратегическите принципи за изучаване на първичната структура на протеините са претърпели значителни промени с развитието и усъвършенстването на използваните методи. Трябва да се отбележат три основни етапа в тяхното развитие. Първият етап започва с класическата работа на F. Sanger (1953) за установяване на аминокиселинната последователност на инсулина, вторият - с широкото въвеждане на автоматичен секвенатор в структурния анализ на протеините (началото на 70-те години на 20 век), третият - с разработването на високоскоростни методи за анализ на нуклеотидната последователност на ДНК (началото на 80-те години на 20 век).

Първичната структура на протеина се определя от:

1. Естеството на аминокиселините, включени в молекулата.

2. Относителното количество на всяка аминокиселина.

3. Строго определена последователност от аминокиселини в полипептидната верига.

Предварителни изследвания преди определяне на първичната структура на протеин

1. Пречистване на протеини

2. Определяне на молекулно тегло.

3. Определяне на вида и броя на простетичните групи (ако протеинът е конюгиран).

4. Определяне наличието на вътрешно- или междумолекулни дисулфидни връзки. Обикновено едновременно се определя наличието на сулфхидрилни групи в нативния протеин.

5. Предварителна обработка на протеини с 4-та структура с цел дисоциация на субединици, тяхното изолиране и последващо изследване.

Етапи на определяне на първичната структура на протеини и полипептиди

1. Определяне на аминокиселинен състав (хидролиза, аминокиселинен анализатор).

2. Идентифициране на N- и С-терминални аминокиселини.

3. Разцепване на полипептидната верига на фрагменти (трипсин, химотрипсин, цианоген бромид, хидроксиламин и др.).

4. Определяне на аминокиселинната последователност на пептидни фрагменти (секвентор).

5. Разцепване на оригиналната полипептидна верига по друг начин и определяне на тяхната аминокиселинна последователност.

6. Установяване на реда на подреждане на пептидни фрагменти в припокриващи се области (получаване на пептидни карти).

Методи за определяне на N-терминални аминокиселини

1. Метод на Sanger.

2. Метод на Едман (реализиран в секвенсер).

3. Реакция с дансил хлорид.

4. Метод с използване на аминопептидаза.

Методи за определяне на С-терминални аминокиселини

1. Метод на Акабори.

2. Метод с използване на карбоксипептидаза.

3. Метод с използване на натриев борохидрид.

Общи модели относно аминокиселинната последователност на протеините

1. Няма една уникална последователност или група от частични последователности, общи за всички протеини.

2. Протеините, които изпълняват различни функции, имат различни последователности.

3. Протеините с подобни функции имат подобни последователности, но обикновено има само малка степен на припокриване на последователностите.

4. Идентични протеини, изпълняващи едни и същи функции, но изолирани от различни организми, обикновено имат значително сходство на последователностите.

5. Идентичните протеини, които изпълняват едни и същи функции и са изолирани от организми от един и същи вид, почти винаги имат абсолютно еднаква последователност.

Най-високите нива на протеинова структура и тяхната биологична активност са тясно свързани и всъщност се определят от аминокиселинната последователност. Тоест, първичната структура е генетично обусловена и определя индивидуалните свойства на протеините, тяхната видова специфика, на нейна основа се формират всички последващи структури.

Вторичната структура на протеина е конфигурацията на полипептидна верига в резултат на взаимодействията между неговите функционални групи.

Видове вторична структура:

1. ?-спирала.

2. Сгънат лист (?-структура).

3. Статистическа плетеница.

Първите две разновидности представляват подредена подредба, третата - неподредена.

Супервторична структура на протеините.

Сравнението на конформациите на протеини с различни структури и функции разкрива наличието на сходни комбинации от вторични структурни елементи в тях. Този специфичен ред на образуване на вторични структури се нарича супервторична структура. Свръхвторичната структура се формира поради междурадикални взаимодействия.

Видове свръхвторична структура на протеини:

1. Свръхвторична структура от типа ?-бъчва. Наистина прилича на варел, където всяка ?-структура е разположена вътре и е свързана с ?-спирален участък на веригата, разположен на повърхността. Характерен за някои ензими - триозофосфат изомераза, пируват киназа.

2. Структурен мотив “?-спирала – завой – ?-спирала”. Намира се в много ДНК-свързващи протеини.

3. Супервторична структура под формата на "цинков пръст". Характерно също за ДНК-свързващи протеини. „Цинковият пръст“ е протеинов фрагмент, съдържащ около 20 аминокиселини, в които цинков атом е свързан с четири аминокиселинни радикала: обикновено два цистеинови остатъка и два хистидинови остатъка.

4. Свръхвторична структура на левцинова ципа. Свързването на протомери или отделни протеини в комплекси понякога се осъществява с помощта на структурни мотиви, наречени „левцинови ципове“. Пример за такава протеинова връзка са хистоните. Това са ядрени протеини, които съдържат голям брой положително заредени аминокиселини - аргинин и лизин. Хистоновите молекули са комплексирани с помощта на „левцинови ципове“, въпреки факта, че всички мономери имат силен положителен заряд.

Въз основа на наличието на α-спирали и β-структури, глобуларните протеини могат да бъдат разделени на 4 категории:

Третичната структура на протеина е пространствената ориентация на полипептидната верига или начина, по който тя е нагъната в определен обем.

В зависимост от формата на третичната структура се разграничават глобуларни и фибриларни протеини. В глобуларните протеини α-спиралата често преобладава, фибриларните протеини се образуват на базата на α-структурата.

Следното може да участва в стабилизирането на третичната структура на глобуларен протеин:

1. водородни връзки със спирална структура;

2. водородни връзки?-структури;

3. водородни връзки между радикалите на страничната верига;

4. хидрофобни взаимодействия между неполярни групи;

5. електростатични взаимодействия между противоположно заредени групи;

6. дисулфидни връзки;

7. координационни връзки на метални йони.

Кватернерната структура на протеин е метод за полагане в пространството на отделни полипептидни вериги, които имат еднаква (или различна) първична, вторична или третична структура, и образуването на структурно и функционално единна макромолекулна формация.

Кватернерната структура е характерна за протеини, състоящи се от няколко субединици. Взаимодействието между комплементарни области на субединици в кватернерната структура се осъществява с помощта на водородни и йонни връзки, сили на Ван дер Ваалс и хидрофобни взаимодействия. Ковалентните връзки се срещат по-рядко.

Предимства на конструкцията на субединица протеин в сравнение с една дълга полипептидна верига.

Първо, наличието на структура на субединица ви позволява да „спестите“ генетичен материал. За олигомерни протеини, състоящи се от идентични субединици, размерът на структурния ген и съответно дължината на информационната РНК рязко намалява.

Второ, при сравнително малък размер на веригата се намалява влиянието на случайни грешки, които могат да възникнат по време на биосинтезата на протеинови молекули. Освен това е възможно допълнително отхвърляне на „неправилни“, грешни полипептиди по време на свързването на субединици в един комплекс.

Трето, наличието на структура на субединица в много протеини позволява на клетката лесно да регулира тяхната активност чрез изместване на равновесието на асоцииране-дисоциация в една или друга посока.

И накрая, структурата на субединицата улеснява и ускорява процеса на молекулярна еволюция. Мутации, които водят само до малки конформационни промени на ниво третична структура поради многократно усилване на тези промени по време на прехода към кватернерната структура, могат да допринесат за появата на нови свойства в протеина.