Рівні структурної організації білкової молекули

Первинна структура молекули білка визначається кількістю та послідовністю амінокислотних залишків у ній, які з’єднані між собою пептидними зв’язками.

Вторинна структура молекули білкаформується за рахунок водневого зв’язку між групами –NH – i –CO – даного поліпептидного ланцюга, що приводить до упорядкування розміщення в просторі поліпептидного ланцюга у вигляді спіральної (α-спіраль) або складчастої структури (β-структура).

α-спіраль β-структура

Третинна структура молекули білка утворюється внаслідок взаємодії між боковими відгалуженнями поліпептидних ланцюгів. Це призводить до формування водневих, дисульфід них, іонних (сольових), вандерваальсових та інших зв’язків. Поліпептидні ланцюги згортаються в певному порядку, що призводить до утворення просторової конфігурації білкової молекули. При цьому гідрофобні радикали «втягуються» всередину молекули, а гідрофільні орієнтуються в бік розчинника, створюючи енергетично вигідну конфігурацію білкової молекули.

Четвертинна структура білкової молекули є асоціацією декількох субодиниць поліпептидної природи, мають первинну, вторинну і третинну структури, або глобул, що сполучені у єдину складну молекулу. Окремі субодиниці називаються протомери, а їх комплекс – мультимер. Кількість протомерів – різна: від 4 у гемоглобіні до кількох тисяч у білка тютюнової мозаїки.

Гемоглобін Самоукладання вірусу табачної мозаїки

Структура молекули білка дуже лабільна й легко змінюється під впливом різних факторів, що приводить до зміни їх нативних властивостей – фізичних, фізико-хімічних і біологічних властивостей.

Фактори, що впливають на зміну структури і стану білків:

t температура;

t механічний вплив (струшування, збивання);

t дія лугів, кислот;

t дегідратація при сушінні або заморожуванні.

Хімічні властивості білків

Білки є амфотерними сполуками, їх властивості визначаються наявністю в складі їх макромолекул різних функціональних груп, здатних до іонізації в водних розчинах (карбоксильна і гідроксильна групи). Ступінь іонізації функціональних груп залежить від значення рН середовища. В кислому середовищі пригнічується дисоціація карбоксильних груп, і молекула набуває сумарного позитивного заряду – білок виявляє властивості катіону (переважають позитивно заряджені іони) – реагує як основа, а у лужному середовищі пригнічується іонізація аміногруп, і білок набуває сумарного негативного заряду, виявляє властивості аніону – реагує як кислота.

Білки можуть мати:

· кислотний характер (складаються переважно із залишків 2-х основних кислот);

· лужний характер ( в їх складі більшість аміногруп);

· нейтральний характер (однакова кількість карбоксильних і аміногруп в їх молекулі).

Залежно від знака заряду молекула білка в електричному полі переміщується відповідно до катода або анода. При певному значенні рН середовища кількість позитивно і негативно заряджених груп у складі молекули білка урівноважується, тобто молекула стає електронейтральною.

Значення рН середовища, при якому молекула білка містить однакову кількість позитивно і негативно заряджених груп, називається ізоелектричною точкою білка.

Ізоелектрична точка білка характеризується:

ü найменшою розчинністю білка і випадінню його в осад при додаванні водовідбірних агентів (внаслідок втрати заряду молекули);

ü втратою здатності рухатися в електричному полі до позитивно або негативно зарядженого полюсів.

1. Реакції осадження спрямовано на виділення білків з розчинів за допомогою різних осаджувачів, під дією яких зменшується або зникає заряд колоїдної частинки (міцели) та руйнується гідратна оболонка білкової частинки. Вони зближуються, з’єднуються між собою і випадають в осад.

Розрізняють два види осадження:

8 висолювання ‑ це осадження білків концентрованими розчинами нейтральних солей (при збільшенні іонної сили розчину). Належить до оборотних реакцій осадження, так як білкові молекули не зазнають глибоких змін і після додавання розчинника їх фізико-хімічні властивості повністю відновлюються. Наприклад, осадження білків органічними розчинниками (етанолом або ацетоном) і висолювання білків нейтральними солями (NaCI, NH4CI, (NH2)2SO4).

8 денатурація‑ зміна нативної структури білкової молекули під впливом зовнішніх факторів.Належить до необоротного осадження (згортання, денатурація). Після необоротного осадження білок не можна знову перевести у розчин. Найбільшу схильність осаджуватися білок виявляє в ІЕТ.

Денатурація білка (руйнуються вторинна, третинна, четвертинна структури білка, білок втрачає свої природні властивості, зникають гідратна оболонка, заряд частинки і здатність розчинятися).

Денатурація білків відбувається при дії:

Ø фізичних факторів: високий тиск, температура, ультразвук, іонізуюче випромінювання, збивання, струшування;

Ø хімічних факторів: зміна рН середовища, органічні та неорганічні кислоти, луги, солі важких металів.

Ознаки денатурації (зміни властивостей білків):

ü зниження гідрофільності і розчинності білків;

ü збільшення в’язкості розчинів – білки втрачають здатність до кристалізації;

ü зміна молекулярної маси, форми і конформації молекул білка

ü білки краще піддаються впливу протеолітичних ферментів, покращується процес засвоєння їжі;

ü підвищення реакційної здатності (відкриття хімічно-активних груп, що були заховані в середині білкової молекули);

ü відбувається агрегація (укрупнення) білкових молекул.

2. Кольорові реакції білків (встановлюють присутність білків, а в їх молекулах – певних угруповань).

· біуретова реакція (реакція на пептидні зв’язки);

Лужний розчин білка + Сu2+ → фіолетове забарвлення, що зумовлене виникненням купрумового комплексу білкової молекули.

· ксантопротеїнова реакція(реакція на циклічні й ароматичні амінокислоти);

Розчин білка + HNO3 → жовте забарвлення (при нагріванні) внаслідок нітрування залишків ароматичних амінокислот білкової молекули та утворення полі нітросполук жовтого кольору.

При додаванні до такої суміші концентрованого розчину аміаку жовтий колір поступово переходить у оранжевий – утворюються аніони більш інтенсивно забарвлені.

Реакція свідчить про наявність у молекулах білка ароматичних ядер фенілаланіну, тирозину і триптофану.

· сульфгідрильна реакція(реакція на сірковмісні амінокислоти);

Розчин білка + розчин (CH3COO)2Pb → випадіння чорного осаду PbS (при кип’ятінні розчину білка з 30%-м розчином гідроксиду натрію):

S2- + Pb2+→ PbS↓

Реакція обумовлена наявністю в молекулі білка SH-груп, а також груп: –S – S – та – S – CH3. Дозволяє виявити в молекулі білка залишки амінокислот: цистеїну, цистину, метіоніну.

· реакція Мілона;

Розчин білка + реактив Мілона (розчин нітрату ртуті в суміші нітратної та нітритної кислот) + кип’ятіння → випадіння червоно-рожевого осаду.

Реакція зумовлена наявністю у молекулі білка залишків тирозину.

· реакція Адамкевича.

Розчин білка + гліоксилова кислота + сульфатна кислота (каталізатор) → виникає фіолетово-синє забарвлення.

Реакція свідчить, що в складі молекули білка є залишки триптофану.

Класифікація білків:

Ø За будовою молекули: глобулярні і фібрилярні;

Ø За складом молекул: прості (протеїни) і складні (протеїди);

Ø За розчинністю: у воді, солях, у кислотах;

Ø За фізичним станом: тверді, рідкі, напіврідкі;

Ø За харчовою цінністю: повноцінні, неповноцінні.

 
 

 


Модель карбоксипептидази (глобулярний білок, складний)
 
Модель молекули інсуліну (глобулярний білок)
Кератин (фібрилярний білок, простий)
Потрійна спіраль колагену (фібрилярний білок, простий) Фіброїн (фібрилярний білок, простий)
 
Фрагмент ДНК
Структура міоглобіну. Міоглобін – червоний залізовмісний пігмент. Складається з одного гему та однієї молекули глобіну. Депонує у м’язовій тканині кисень і передає його відповідним ферментним системам. Молекула складається із довгого спіралеподібного поліпептидного ланцюга, що містить 153 амінокислотних залишки і гему. Молекулярна маса міоглобіну – 17000. Він переносить до органів, тканин і клітин кисень і забирає вуглекислоту.
           

 

Структура гемоглобіну (глобулярний білок, складний ‑ хромопротеїд). До складу молекули входять чотири субодиниці, кожна з яких складається з молекули простого білка глобіну і простетичної групи гему. Молекулярна маса однієї субодиниці 17000, молекули гемоглобіну – 64000. Молекула гемоглобіну складається з 574 амінокислотних залишків. Гемоглобін становить 94% сухої маси еритроцита. Кожен еритроцит містить у середньому 280млн. молекул гемоглобіну. Гемоглобін у складі еритроцитів транспортує кисень від легень до тканин і клітин всього організму, а вуглекислоти – до легень.
Гемоглобін Приєднання молекули СО до гему