Медицинский справочник
Главная страница | Добавить статью | Поиск | RSS

Здравствуйте, Guest

Поиск:

БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!
ПОИСК СРЕДСТВ ЛЕЧЕНИЯ:
Google- аптека

Энциклопедия врача рекомендует:


Многообразие белков


ЗАДАТЬ ВОПРОС ДОКТОРУ

ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ


|Версия для печати|

Белки играют решающую роль в жизнедеятель­ности отдельных клеток и всего многоклеточного организма, так как их функции удивительно мно­гообразны. Многообразие функций белков опре­деляется особенностями их первичной структуры и конформации, уникальностью строения актив­ного центра и способностью связывать специфи­ческие лиганды.

Лишь очень небольшая часть всех возможных вариантов пептидных цепей может принять ста­бильную пространственную структуру; большин­ство из них может принимать множество конфор­мации с примерно одинаковой энергией Гиббса, но с различными свойствами.

Первичная структура известных белков, отобран­ных биологической эволюцией, обеспечивает ис­ключительную стабильность одной из конформации, которая определяет особенности функционирова­ния этого белка.

ГОМОЛОГИЧНЫЕ БЕЛКИ

Гомологичными называют белки, выполняющие у разных видов одинаковые функции, например гемо­глобин у всех позвоночных осуществляет транспорт 02, цитохром с — митохондриальный белок, участ­вующий в процессах биологического окисления. Гомологичные белки большинства видов:

—        имеют одинаковую или очень близкую молеку­лярную массу;

—        во многих положениях содержат одни и те же ами­нокислоты, называемые инвариантными остатками; 

—        в некоторых положениях наблюдаются значи­тельные различия аминокислот — так называе­мые вариабельные аминокислотные остатки;

—        содержат гомологичные последовательности — совокупность сходных черт в аминокислотной по­следовательности сравниваемых белков (кроме идентичных аминокислот, эти последовательно­сти содержат разные, но близкие по физико-хи­мическим свойствам аминокислотные радикалы).
Цитохром с — митохондриальный белок, участву­ющий в биологическом окислении. Установлена его аминокислотная последовательность более чем у 60 видов. В 27 положениях находятся инвариант­ные аминокислотные остатки. Цитохромы с дрожжей и лошади различаются по 48 аминокислотным остаткам, курицы и утки - по 2 аминокислотам, курицы и индейки идентичны.

Сравнение аминокислотной последовательности гомологичных белков выявило:

 

1)консервативные, инвариантные аминокислот­ные остатки важны для формирования уникальной пространственной структуры и биологической функции данных белков;

2)      наличие гомологичных белков говорит об об­щем эволюционном происхождении видов;

3)      число вариабельных аминокислотных остатков в гомологичных белках пропорционально филогене­тическим различиям между сравниваемыми видами;

4)      в некоторых случаях даже небольшие измене­ния аминокислотной последовательности могут вызвать нарушения свойств и функций белков;

5)      но далеко не все изменения аминокислотной последовательности вызывают нарушения биоло­гических функций белков;

6)      наибольшие нарушения структуры и функции белков возникают при замене аминокислот:

 —входящих в ядро сворачивания (набор аминокис­лот, с которых начинается формирование кон­формации);
—входящих в состав активного центра;

—        на участках пересечения полипептидной цепи при образовании третичной структуры.

Серповидно-клеточная анемия — заболевание, при котором в крови больного вместо НЬА обна­руживается HbS. В его р-цепи в положении 6 вме­сто Глу стоит Вал. Наличие на поверхности HbS валина приводит к агрегации молекул дезокси-HbS, образованию нерастворимых нитей и де­формации эритроцитов, которые часто приобре­тают форму серпа.

Почти все замены аминокислот, обнаруженные на поверхности НЬ, безвредны; HbS — поразитель­ное исключение.

СЕМЕЙСТВА БЕЛКОВ

В ходе эволюции в пределах одного биологичес­кого вида замены аминокислотных остатков могут приводить к возникновению разных белков, выполняющих родственные функции и имеющих го­мологичные последовательности аминокислот.

Они имеют поразительно сходные конформации: количество и взаиморасположение а-спиралей и/или р-структур, большинство поворотов и изги­бов полипептидных цепей похожи или идентичны.

Белки, имеющие гомологичные участки поли­пептидной цепи, сходную конформацию и родст­венные функции, выделяют в семейства белков. Примеры семейств белков:

-    сериновые протеиназы;

-    семейство иммуноглобулинов;

-    семейство миоглобина.

Сериновые протеиназы — семейство белков, вы­полняющих функцию протеолитических ферментов.

К ним относятся пищеварительные ферменты — химотрипсин, трипсин, эластаза и многие факторы свертывания крови (см. соответствующие разделы). Эти белки имеют в 40% положений идентичные ами­нокислоты и очень близкую конформацию (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Пространственные структуры эластазы (а) и химотрипсина (б).

Некоторые аминокислотные замены привели к изменению субстратной специфичности этих белков и возникновению функционального мно­гообразия внутри семейства.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Резюме. Большинство белков произошло от огра­ниченного числа предковых генов.

Классификации белков

1.По форме молекул белки можно разделить на две большие группы — глобулярные (имеющие сфериче­скую форму) и фибриллярные (удлиненной формы).

2.   По наличию или отсутствию в белке неаминокис­лотной части они делятся на простые (состоящие только из аминокислот) и сложные (имеющие в сво­ем составе компонент неаминокислотной природы).

3. По функциям, выполняемым белками, их мож­но разделить на структурные, сократительные транспортные, каталитические, защитные, рецеп-торные, регуляторные и др.

Полипептидную часть сложного белка называют апопротеином, неаминокислотный компонент - простетической группой, а весь белок - холопротеином.

В каждую из этих функциональных групп входит огромное количество индивидуальных белков.

СУПЕРСЕМЕЙСТВО ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

В работе иммунной системы огромную роль игра­ют белки суперсемейства иммуноглобулинов, кото­рое включает в себя 3 семейства белков: антитела (иммуноглобулины), рецепторы Т-лимфоцитов, бел­ки главного комплекса гистосовместимости - МНС 1-го и 11-го классов (major histocompatibility complex).

Все они имеют доменное строение, состоят из гомологичных иммуноподобных доменов и вы­полняют сходные функции — взаимодействуют с чужеродными структурами, либо растворенны­ми в крови, лимфе или межклеточной жидкости (антитела), либо находящимися на поверхности клеток (собственных или чужеродных).

Антитела — специфические белки, вырабатывае­мые В-лимфоцитами в ответ на попадание в орга­низм чужеродной структуры, называемой антигеном.

Особенности строения антител

1.Простейшие молекулы антител состоят из 4 по­липептидных цепей: 2 идентичных легких — L, со­держащих около 220 аминокислот и 2 идентичных тяжелых — Н, состоящих из 440-700 аминокислот. Все 4 цепи антитела соединены множеством некова-лентных и 4 дисульфидными связями (рис. 1.23).

2.    Легкие цепи антитела состоят из 2 доменов: ва­риабельного (VL), находящегося на N-концевой области полипептидной цепи, и константного (CL), расположенного на С-конце. 

3.    Тяжелые цепи обычно имеют 4 домена: один вариабельный (Vc), находящийся на N-конце, и 3 константных (СН1, СН2> Снз) (см. рис. 1.23).

4.    Каждый домен иммуноглобулина имеет р-складча-тую суперструктуру, в которой 2 остатка цистеина со­единены дисульфидной связью.

5.    Между 2 константными доменами СН1 и СН2 имеется участок, содержащий большое количество остатков пролина, которые препятствуют формированию вторичной структуры и взаимодействию соседних Н-цепей на этом отрезке. Эта шарнирная область придает молекуле антитела гибкость.

Рис. 1.23. Доменное строение IgG.

6. Между вариабельными доменами тяжелых и легких цепей находятся 2 идентичных антигенсвя-зывающих участка, поэтому такие антитела часто называют бивалентами.

В связывании антигена с антителом участвует не вся аминокислотная последовательность вариа­бельных участков обеих цепей, а всего лишь 20—30 аминокислот, расположенных в гипервариабель­ных областях каждой цепи. Именно эти области определяют уникальную способность каждого вида антитела взаимодействовать с соответствующим комплементарным антигеном.

Антитела — одна из линий защиты организма против внедрившихся чужеродных организмов. Их функционирование можно разделить на два этапа: первый этап — узнавание и связывание антигена на поверхности чужеродных организмов, которые происходят благодаря наличию в структуре антите­ла антигенсвязывающих участков; второй этап — инициация процесса, благодаря которому антиген инактивируется и разрушается. Специфичность вто­рого этапа зависит от класса антител.

Существует 5 классов тяжелых цепей, отличаю­щихся по строению константных доменов: а, 5, е, у и ц, в соответствии с которыми различают 5 клас­сов иммуноглобулинов: A, D, E, G и М.

Особенности строения тяжелых цепей придают шарнирным участкам и С-концевым областям тя­желых цепей характерную для каждого класса конформацию.

После связывания антигена с антителом кон-формационные изменения константных доменов определяют путь удаления антигена в организме.

Иммуноглобулины М

Иммуноглобулины М имеют две формы:

Мономерная форма - первый класс антител, про­дуцируемый развивающимся В-лимфоцитом. Впоследствии многие В-клетки переключаются на выработку других классов антител, но с тем же ан-тигенсвязывающим участком.

IgM встраивается в мембрану и выполняет роль антигенраспознающего рецептора. Встраивание IgM в мембрану клеток возможно благодаря нали­чию в хвостовой части участка 25 гидрофобных аминокислотных остатков.

Секреторная форма IgM содержит 5 мономерных субъединиц, связанных друг с другом дисульфид-ными связями и дополнительной полипептидной J-цепью (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Строение секреторной формы IgM.

Тяжелые цепи мономеров этой формы не содер­жат гидрофобной хвостовой части. Пентамер име­ет 10 центров связывания с антигеном.

Секреторная форма IgM — основной класс анти­тел, секретируемых в кровь при первичном им­мунном ответе.

Связывание IgM с антигеном изменяет конфор­мацию IgM и индуцирует связывание его с первым компонентом системы комплемента и активацию этой системы. Если антиген расположен на поверх­ности микроорганизма, система комплемента вы­зывает нарушение целостности клеточной мембра­ны и гибель бактериальной клетки.

Иммуноглобулины G

В количественном отношении этот класс имму­ноглобулинов доминирует в крови (75% от всех Ig). IgG — мономеры, основной класс антител, секретируемый в кровь при вторичном иммунном ответе.

После взаимодействия IgG с поверхностными антиге­нами микроорганизмов комплекс антиген—антитело:

—способен связывать и активировать белки систе­мы комплемента;

—может взаимодействовать со специфическими рецепторами макрофагов и нейтрофилов, что при­водит к фагоцитозу комплексов антиген—антитело и разрушению их в фагосомах;

—IgG — единственный класс Ig, способный прони­кать через плацентарный барьер и обеспечивать внутриутробную защиту плода от инфекций.

Иммуноглобулины А

Основной класс антител, присутствующий в сек­ретах (молоке, слюне, секретах дыхательных путей и кишечного тракта).

IgA секретируются в основном в димерной фор­ме, где мономеры связаны друг с другом через до­полнительную J-цепь (рис. 1.25).

IgE после секреции связываются своими С-кон-цевыми участками с соответствующими рецепто­рами на поверхности тучных клеток и базофилов. В результате они становятся рецепторами для ан­тигенов на поверхности данных клеток (рис. 1.26).

Рис. 1.25. Строение IgA.

 

IgA не взаимодействуют с системой комплемента и фагоцитирующими клетками, но, связываясь с микроорганизмами антитела, препятствуют их присоединению к эпителиальным клеткам и про­никновению в организм.

Иммуноглобулины Е

Иммуноглобулины Е представлены мономерами, в которых тяжелые е-цепи содержат, так же как и }х-це-пи, 1 вариабельный и 4 константных домена.

После присоединения антигена к соответствую­щим антигенсвязывающим участкам IgE клетки по­лучают сигнал к секреции биологически активных веществ (гистамина, серотонина), которые в боль­шой мере ответственны за развитие воспалительной реакции и проявление таких аллергических реак­ций, как астма, крапивница, сенная лихорадка.

 

Рис. 1.26. Взаимодействие IgE с антигеном на поверхности тучной клетки.


Иммуноглобулины D

Иммуноглобулины D обнаружены в сыворотке в очень небольшом количестве, являются мономерами. В тяжелых 8-цепях имеют 1 вариабельный и 3 кон­стантных домена. Выполняют роль рецепторов В-лимфоцитов; другие функции пока неизвестны.

Взаимодействие специфических антигенов с ре­цепторами на поверхности В-лимфоцитов приво­дит к передаче этих сигналов в клетку и включению механизмов, обеспечивающих размножение дан­ного клона лимфоцитов.

Популярное:

Энциклопедия врача - это интересно:

idoktor.info


Добавьте свой комментарий:


При использовании материалов размещённых на сайте www.idoktor.info, активная ссылка на источник обязательна. Вся информация, используемая на данном сайте, представлена исключительно в ознакомительных и научных целях и не преследует никакой коммерческой выгоды, способствуя быстрейшему разъяснению вопросов в медицинской сфере. 18+ Данный сайт может содержать информацию, не предназначенную для лиц младше 18 лет.
Яндекс цитирования Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика