При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что




НазваниеПри нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что
страница1/8
Дата публикации01.09.2013
Размер0.92 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8

1 При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что происходит с белком при нагревании? Какие еще факторы могут нарушить структуру и функцию белков? Укажите механизмы защиты структуры белков в клетках. При ответе представьте соответствующие графики и рисунки.
ДНК  Первичная структура белка  Вторичная структура белка  Третичная структура белка  Образование уникальной формы активного центра  Избирательное связывание лигандов  Специфическая функция белка

При нагревании происходит денатурация:

^ Денатурация белков — это разрушение их нативной конформации, вызванное разрывом слабых связей, ста­билизирующих пространственные структуры, при дей­ствии денатурирующих агентов. Денатурация сопро­вождается потерей биологической активности белка.

Денатурацию белков вызывают факторы, способствующие разрыву гидрофобных, водородных и ионных связей, стабилизирующих конформацию белков:

  • высокая температура (более 50 "С)

  • интенсивное встряхивание раствора

  • органические вещества (например, этиловый спирт, фенол и его производные). Для денатурации белков в биохимических исследованиях часто используют мочевину или гуанидинхлорид. Происходит разрыв связей, участвующих в формировании вторичной и третичной структуры нативных белков, и образование новых связей с химическими реагентами;



  • кислоты и щелочи, изменяют рН среды.

  • соли тяжёлых металлов (такие как медь, ртуть, серебро, свинец и др.)

  • детергенты – вещества, содержащие гидрофобный углеводородный радикал и гидрофильную функциональную группу (такие вещества называют амфифильными).

Удаление денатурирующих агентов диализом приводит к восстановлению конформации и функции белка, т.е. к ренативации.

Молекулярные шапероны предотвращают денатурацию белков.

В клетках имеются белки – молекулярные шапероны, которые обладают способностью связываться с частично денатурированными, находящимися в неустойчивом, склонном к агрегации состоянии белками и восстанавливать их нативную конформацию.

Вначале эти белки были обнаружены как белки теплового шока, так как их синтез усиливался при стрессовых воздействиях на клетку, например при повышении температуры (индуцибельные шапероны), но существуют также и конститутивные шапероны, высокий базальный синтез которых не зависит от стрессовых условий.

Шапероны (Ш) классифицируются по массе субъединиц. Разлияают 6 классов:

  • Высокомолекулярные (100-110 кД)

  • Ш-90 (83-90 кД)

  • Ш-70 (60-78 кД)

  • Ш-60

  • Ш-40

  • Низкомолекулярные (15-30 кД)

Ш-70 способны защищать белки от температурной инактивации и восстанавливать конформацию и активность частично денатурированных белков.

^ Различные семейства шаперонов, обнаруженные практически во всех отделах клетки, участвуют в таких фундаментальных процессах, как:

  1. ренативация частично денатурированных белков;

  2. узнавание денатурированных белков и транспорт их в лизосомы;

  1. синтез белков;

  2. формирование трехмерной структуры белков;

  3. сборка олигомерных белков;

  4. транспорт белков через мембраны;

  1. функционирование белковых комплексов и контроль за изменением между активной и неактивной конформацией.

2 В популяции людей найдены около 300 полиморфных форм гемоглобина. Каковы причины и последствия полиморфизма гемоглобина? Для ответа на вопрос:

а) Расскажите строение основного белка эритроцитов;

б) Объясните, какие изменения в структуре гемоглобина могут привести к образованию полиморфных форм этого белка;

в) Используя в качестве примеров HbS и HbC, объясните, как изменение структуры 6елка отразится на его функции.
Амплификация генов, независимые мутации в копиях и рекомбинации приводят к дивергенции (расхождению) свойств соответствующих белков. Результатом этих процессов является усложнение генома в филогенезе и образование семейств родственных белков с близкой аминокислотной последовательностью и функциями или полиморфные разновидности одного и того же белка. Каждый индивидуум может иметь только два варианта любого белка, тогда как в популяции число вариантов может быть огромно (так, по всем аллелям НЬА популяция людей образует более 600 генетически различающихся групп). Полиморфизм белков настолько велик, что можно говорить о биохимической индивидуальности каждого человека.

а) Основным гемоглобином у человека является HbA. Он состоит из 4-х протомеров (2α2β), каждый из которых в свою очередь состоит из 8 полипептидных спиралей, свернутых в плотную глобулярную структуру, содержащую внутренне гидрофобное ядро и «карман» для связывания гема. В активном центре между Гис E7 и Гис F8 присоединяется гем.

б) 2α2β  2α2δ  HbA2

HbA + глюкоза  HbA1c

2α2β  2α2γ  HbF (фетальный)

2α2β  2ξ2ε  HbE (эмбриональный)

В β-цепи в 6-м положении Глу (полярн)  Вал (гидрофобн)  HbS

В α- или β-цепи Гис E7 или Гис F8  Тир  Fe 2+ окисляется в Fe3+  HbM (метгемоглобин)

Фен D1 (гидрофобн)  Сер (гидрофильн)  Hb Хаммерсмита

Гли B6  Арг  Hb Ривердейла-Бронкса

Асп G1  Асн  Hb Кемпси

в) В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.



В дезоксигемоглобине S имеется участок, комплементарный другому участку таких же молекул, содержащему изменённую аминокислоту. В результате молекулы дезоксигемоглобина начинают «слипаться», образуя удлинённые фибриллярные агрегаты, деформирующие эритроцит и приводящие к образованию аномальных эритроцитов в виде серпа.

В оксигемоглобине S комплементарный участок «замаскирован» в результате изменения конформации белка. Недоступность участка препятствует соединению молекул оксигемоглобина 8 друг с другом. Следовательно, образо­ванию агрегатов HbS способствуют условия, повышающие концентрацию дезоксигемоглобина в клетках (физическая работа, гипоксия, уменьшение pH, условия высокогорья, полёт на самолёте).

Так как «серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тканей, они часто закупоривают сосуды и создают тем самым локальную гипоксию. Это повышает концентра­цию дезоксигемоглобина S в эритроцитах, ско­рость образования агрегатов гемоглобина S и ещё большую деформацию эритроцитов. Нару­шение доставки О2 в ткани вызывает боли и даже некроз клеток в данной области.

Серповидно-клеточная анемия – гомозиготное рецессивное заболевание; проявляется только в том случае, когда от обоих родителей наследуются 2 мутантных гена β-цепей глобина: После рождения ребёнка болезнь не проявляется до тех пор, пока значительные количества HbF не заместятся на HbS. У больных выявляют клинические симптомы, характерные для анемии: головокружение и головные боли, одышка, учащённое сердцебиение, боли в конечностях, повышенную восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

Гетерозиготные индивидуумы, имеющие один нормальный ген HbA, а другой ген HbS, в крови имеют лишь следовые количества серповидных клеток и нормальную продолжительность жизни; клинические симптомы болезни у них обычно не проявляются.

HbC, мутация происходит в β-цепи в 6 положении, Глу меняется на Лиз.

3 HbS имеет информацию, отличную от информации НbА и хуже выполняет свою функцию. На примере этих белков объясните связь между первичной структурой и функцией белков. Приведите различные примеры проявления полиморфизма белков.
ДНК  Первичная структура белка  Вторичная структура белка  Третичная структура белка  Образование уникальной формы активного центра  Избирательное связывание лигандов  Специфическая функция белка.
^ Основным гемоглобином у человека является HbA. Он состоит из 4-х протомеров (2α2β), каждый из которых в свою очередь состоит из 8 полипептидных спиралей, свернутых в плотную глобулярную структуру, содержащую внутренне гидрофобное ядро и «карман» для связывания гема. В активном центре между Гис E7 и Гис F8 присоединяется гем.

^ В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.



В дезоксигемоглобине S имеется участок, комплементарный другому участку таких же молекул, содержащему изменённую аминокислоту. В результате молекулы дезоксигемоглобина начинают «слипаться», образуя удлинённые фибриллярные агрегаты, деформирующие эритроцит и приводящие к образованию аномальных эритроцитов в виде серпа.

В оксигемоглобине S комплементарный участок «замаскирован» в результате изменения конформации белка. Недоступность участка препятствует соединению молекул оксигемоглобина 8 друг с другом. Следовательно, образо­ванию агрегатов HbS способствуют условия, повышающие концентрацию дезоксигемоглобина в клетках (физическая работа, гипоксия, уменьшение pH, условия высокогорья, полёт на самолёте).

Так как «серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тканей, они часто закупоривают сосуды и создают тем самым локальную гипоксию. Это повышает концентра­цию дезоксигемоглобина S в эритроцитах, ско­рость образования агрегатов гемоглобина S и ещё большую деформацию эритроцитов. Нару­шение доставки О2 в ткани вызывает боли и даже некроз клеток в данной области.

^ Полиморфизм белков.

Амплификация генов, независимые мутации в копиях и рекомбинации приводят к дивергенции (расхождению) свойств соответствующих белков. Результатом этих процессов является усложнение генома в филогенезе и образование семейств родственных белков с близкой аминокислотной последовательностью и функциями или полиморфные разновидности одного и того же белка.

^ Другой важный пример полиморфизма белков, связанный с проблемой переливания крови, – существование в популяции людей 3 аллельных вариантов гена фермента гликозилтрансферазы (А, В и 0).

6 В 1949 году Лайнус Полинг с сотрудниками доказали, что в основе заболевания серповидноклеточной анемией лежит изменение первичной структуры белка. Назовите этот белок и на его примере расскажите о зависимости конформации белков и их функций от первичной структуры. Приведите примеры других заболеваний, основой которых является изменение структуры белков.
^ Серповидно-клеточная анемия – гомозиготное рецессивное заболевание; проявляется только в том случае, когда от обоих родителей наследуются 2 мутантных гена β-цепей глобина: После рождения ребёнка болезнь не проявляется до тех пор, пока значительные количества HbF не заместятся на HbS. У больных выявляют клинические симптомы, характерные для анемии: головокружение и головные боли, одышка, учащённое сердцебиение, боли в конечностях, повышенную восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

Гетерозиготные индивидуумы, имеющие один нормальный ген HbA, а другой ген HbS, в крови имеют лишь следовые количества серповидных клеток и нормальную продолжительность жизни; клинические симптомы болезни у них обычно не проявляются.

^ В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.



В дезоксигемоглобине S имеется участок, комплементарный другому участку таких же молекул, содержащему изменённую аминокислоту. В результате молекулы дезоксигемоглобина начинают «слипаться», образуя удлинённые фибриллярные агрегаты, деформирующие эритроцит и приводящие к образованию аномальных эритроцитов в виде серпа.

В оксигемоглобине S комплементарный участок «замаскирован» в результате изменения конформации белка. Недоступность участка препятствует соединению молекул оксигемоглобина 8 друг с другом. Следовательно, образо­ванию агрегатов HbS способствуют условия, повышающие концентрацию дезоксигемоглобина в клетках (физическая работа, гипоксия, уменьшение pH, условия высокогорья, полёт на самолёте).

Так как «серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тканей, они часто закупоривают сосуды и создают тем самым локальную гипоксию. Это повышает концентра­цию дезоксигемоглобина S в эритроцитах, ско­рость образования агрегатов гемоглобина S и ещё большую деформацию эритроцитов. Нару­шение доставки О2 в ткани вызывает боли и даже некроз клеток в данной области.

ДНК  Первичная структура белка  Вторичная структура белка  Третичная структура белка  Образование уникальной формы активного центра  Избирательное связывание лигандов  Специфическая функция белка

^ Другие заболевания:

α-Талассемии возникают при нарушении синтеза α-цепей. В геноме каждого индивидуума существует 4 копии гена α-глобина (по 2 копии на каждой хромосоме), поэтому встречаются несколько видов недостаточности α -цепей. Если дефектна одна из 4 копий, то фенотипически это не проявляется, и такого человека рассматривают как «молчащего носителя» талассемии. При дефекте в 2 копиях гена у носителя мутации обнаруживают слабовыраженные призна­ки болезни, а при дефекте в 3 копиях развивается гемолитическая анемия. При полном отсутствии синтеза α -цепей (т.е. дефектны все 4 копии гена) наступает внутриутробная гибель плода, так как не образуются фетальные формы Hb, а тетрамеры γ 4 обладают высоким сродством к кислороду и не способны функционировать как транспортные белки.

β-Талассемии развиваются в результате снижения синтеза β-цепей Hb, для которых на каждой хромосоме имеется по одному гену. Синтез HbA начинается после рождения ребёнка. При дефекте в одной из копий гена недостаточность Hb проявляется в слабой степени и не требует специального лечения. Однако при полном включении синтеза β-цепей развивается тяжёлая форма анемии, и таким пациентам провод либо периодическую трансфузию крови, либо пересадку костного мозга.

4 В крови студента одной из африканских стран, поступившего в больницу с жалобами на одышку, головокружение, учащенное сердцебиение и боли в конечностях, при анализе крови были обнаружены эритроциты, имеющие форму серпа. Какова причина развития данного заболевания? Для ответа на вопрос:

а) Опишите строение основного белка эритроцитов и объясните, какие изменения в структуре привели к образованию патологической формы этого белка;

б) Используя таблицу генетического кода, определите, могут ли эти изменения быть результатом точечных мутаций;

в) Объясните, почему изменяется форма и функция эритроцитов.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что icon1. Химический состав и природа белков
Уже первые химические анализы белков показали, что, независимо от источника получения, белковые вещества содержат, кроме С, о и Н,...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconЛекция Тема: гормоны коры надпочечников
...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconГомеостаз у хирургических больных
Альбумины определяют онкотическое давление. Это давление позволяет удерживать внутрисосудистую и внесосудистую жидкости, и поддерживать...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconМетаболизм белков
Ежесуточно потребляется около 100 граммов белков взрослым здоровым человеком. Пищевые белки – это главный источник азота для организма....

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что icon10 Богумир 39 Погода : Полудница
Славянский Народ забывает свою Историю, свою культуру большинство из них не знают что у них далеких предков были свои родные Боги...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что icon1. Структура и принципы функционирования иммунной системы
Такие нарушения могут касаться основных клеток иммунной системы: т- и в-лимфоцитов, фагоцитов, естественных киллеров и их продуктов:...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconПлан Понятие о сложных белках, простетических группах. Классификация...
...

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что icon$$ Что такое полупроводник?
Вещество, при температуре абсолютного нуля являющееся диэлектриком, а при нагревании становится проводником

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconБереза, листвиница, клен по классификации твердости относится
Биохимический процесс в грузе представляется автолизом, что характеризует собой процесс … распада белков и жиров

При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что iconТаблицы содержания белков, жиров, углеводов и энергетической ценности на 100 г продукта

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов