Вход в личный кабинет | Регистрация
Избранное (0) Список сравнения (0)
Ваши покупки:
0 товаров на 0 Р
Итого: 0 Р Купить

Протеин это что такое: Протеин. Что это? Для чего нужен протеин. Как принимать

Содержание

ПРОТЕИН — это… Что такое ПРОТЕИН?

  • ПРОТЕИН — (ново лат., греч., от protos первый). 1) основное вещество белковины, казеина, фибрина и мочевины, как растительных, так и животных. 2) насекомое сем. жесткокрылых, водится на цветах и грибах в Европе, иначе хвостовертка. Словарь иностранных слов …   Словарь иностранных слов русского языка

  • протеин — созин, белок, кератин, глобулин, глутин, склеропротеин, эластин, кафирин, пропердин Словарь русских синонимов. протеин сущ., кол во синонимов: 16 • альдеслейкин (1) • …   Словарь синонимов

  • протеин — а, м. protéine <гр. protos первый. хим., биол. Белки, состоящие только из аминокислот (иначе называемые простые белки), являющиеся основной частью клеток животных, растений и микроорганизмов. Крысин 1998. К тому же оба конца эти тупы, забиты с …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • Протеин А — белок, входящий в состав клеточной стенки некоторых штаммов стафилококков (напр., Cowan I, NCTC8530). Вступает в связь с Fc рецептором IgGl,2,4 и иногда с человеческим IgM. Стафилококки, содержащие этот белок, используют как носители Ат в… …   Словарь микробиологии

  • протеин — протеин. Произносится [протэин] …   Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

  • протеин S — Витамин К зависимый плазменный белок, активизирующий белок С [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN protein S …   Справочник технического переводчика

  • протеин С — Естественный антикоагулянт [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN protein C …   Справочник технического переводчика

  • Протеин w — * пратэін w * protein w ДНК топоизомераза I (см.) E. coli …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • Протеин C

    — Не путать с С реактивным белком. протеин C …   Википедия

  • Протеин — Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… …   Википедия

  • Что такое протеин: чем полезны белки и протеины

    Опубликовано: 13.09.2016Время на чтение: 4 минуты6

    Протеин – это белок в чистом виде. Разбираемся, какие заблуждения связаны с протеином.

    Протеин – это белок в чистом виде, основным сырьем для получения которого является молоко, а точнее – молочная сыворотка. Многие считают, что протеин – пищевая добавка химического состава и полезен он исключительно для спортсменов как допинг. Это главное и самое ошибочное из заблуждений о протеине!

    Белок по своему составу не содержит химических добавок, а производители если что-то и добавляют в протеиновый порошок, то витаминный и минеральный комплексы для лучшего восстановления организма после тренировок и насыщения его полезными веществами.

    Интересный факт: Белок состоит из 21 аминокислоты, и только 8 из них организм не способен синтезировать самостоятельно, они являются незаменимыми.

    Протеин и протеиновые продукты, действительно, давно заняли важное место среди спортсменов и людей, ведущих здоровый образ жизни, тем не менее, разговоры о пользе и вреде протеиновых продуктов продолжаются по сей день. Мы хотим развеять наиболее распространенные заблуждения и разобраться, что является правдой, а что – вымыслом.

    Заблуждение №1: Протеиновыми продуктами можно заменить весь привычный рацион.

    Протеиновые смеси легко усваиваются, являются низкокалорийным продуктом, богатым витаминами и минералами. Действительно, протеиновым коктейлем можно заменить прием пищи или использовать его в качестве перекусов. Однако, натуральные источники животного белка, такие как яйца, красное мясо и рыба имеют целый ряд аминокислот, включающий незаменимые, которые присутствует только в животных продуктах. Поэтому ни в коем случае нельзя полностью отказываться от животных и растительных продуктов. Протеиновые продукты – не заменитель, а полезная белковая добавка к обычному рациону человека.

    Заблуждение №2: Частое употребление белка приводит к образованию лишнего жира в организме.

    Мнение о том, что молочный белок из обезжиренного молока, сыра или йогурта способствует накоплению жира или излишков воды — ошибочное. Молочные продукты являются отличным источником белка, а последние исследования диетологов показывают, что при низкокалорийной диете и правильном питании он может помочь сбросить лишние килограммы. Также использование функциональных продуктов питания, протеиновых коктейлей на основе изолята соевого белка позволяет получить полноценный белок без увеличения калорийности питания.

    Заблуждение №3: Протеин нужен только для того, чтобы накачать огромные мышцы.

    Мышцы состоят из белка, который обеспечивает их рост. Но не надо думать, что белковые добавки в рационе питания заставят мускулатуру расти как на дрожжах и превратят вас в рельефного атлета. Протеин действительно поспособствует выработке строительного мышечного материала, а также поможет быстрее восстановиться после физических нагрузок, но без физических нагрузок потребление протеина не изменит вашего внешнего вида.

    Заблуждение №4: Организм плохо усваивает белковые добавки.

    Если бы это утверждение являлось правдой, то из списка полезных продуктов можно было бы вычеркнуть рыбу, арахис, молоко, яйца, сыр и еще много других, так как белок содержится в каждом из этих продуктов, а протеин, как мы выяснили ранее, – 100% белок в сухом виде. Все перечисленные продукты должны составлять не менее 30% дневного рациона и прекрасно усваиваются организмом здорового человека так же, как и порошковый протеин.

    Стоит добавить, что запасы белка в организме человека практически отсутствуют, а новые белки могут синтезироваться только из аминокислот, поступающих с пищей̆, и из распадающихся белков тканей̆ организма. Из веществ, входящих в состав углеводов и жиров, белки не образуются. Дефицит полноценного белка в организме может иметь негативные последствия практически для всего организма.

    Заблуждение №5: Протеин негативно сказывается на гормональном фоне.

    На самом деле, протеин – это концентрированный белок, абсолютно не содержащий в себе гормонов.

    Заблуждение №6: Протеин и стероиды – одно и тоже.

    Один из самых популярных мифов о протеине. Но и это ошибочное суждение! Стероиды – это органическая химия, полученная органическим путем, а протеин – это важный макроэлемент, без которого человеческий организм не сможет исправно функционировать.

    Заблуждение №7: Протеин вызывает привыкание.

    Протеин – это обычный белок в порошковом виде, не вызывающий привыкания. Ведь ни молочные продукты, ни яичный белок, ни красное мясо, ни принимаемые нами комплексы витаминов не вызывают у нас зависимость. Протеин полностью безопасен для организма.

    Заблуждение №8: Протеин принимают только бодибилдеры.

    Протеин используют практически все спортсмены – борцы, бегуны, баскетболисты, хоккеисты, боксеры и т.д. Кроме того, протеин рекомендован к использованию женщинам, занимающимся фитнесом и аэробикой, а также людям, борющимся с лишним весом и переходящим на правильное питание.

    Таким образом, при правильном применении, протеин принесет организму только пользу, обогатит его витаминами и минералами. А протеиновый коктейль или протеиновый батончик, содержащие в себе минимум калорий, вместо привычного перекуса десертом или мучной продукцией помогут вам держать себя в форме.

    Чтобы узнать больше о протеине от индивидуального консультанта по питанию, заполните форму ниже:

    Узнайте, как питаться
    сбалансированно
    и контролировать
    свой весУзнать больше 2016-09-13

    Автор: Будь в Форме

    Оцените материал!

    Добавить отзыв

    Что такое протеин и с чем его едят

    Когда принимать протеин, чтобы достичь максимального эффекта от тренировко. Вопрос не только новички но и опытные атлеты.
    Протеин (от лат. protein — белок) основной компонент для восстановления и роста мышечных тканей.

    1.Протеин после сна
    В среднем большинство людей спит 7-8 часов в сутки. Когда организм в течение этого времени не получает пищу, он начинает использовать запасенные источники энергии, то есть: гликоген из печени и мышц, и аминокислоты, которые получает за счет разрушения мышц. Кроме того, утром повышается выработка гормона кортизола, вследствие чего запускается процесс катаболизма мышечной ткани, чтобы предотвратить его, необходимо принять порцию быстрого протеина. Сывороточный протеин или гидролизат протеина будет лучшим выбором в этом случае.

    2. В течение дня
    При наборе мышечной массы, важно создать условия, при которых аминокислотный пул будет непрерывно восполняться. Для этого нужно часто питаться, а между приемами пищи выпивать 2-4 порции протеина примерно по 20 г. Если вы знаете, что не сможете поесть в течении длительного времени, обязательно примите порцию медленного или комплексного белка.
    3. Протеин перед тренировкой
    Помимо вашего обычного приема пищи за 2 часа до тренировки следует принять небольшую порцию «быстрого» сывороточного протеина или за 20 минут BCAA. BCAA — это незаменимые аминокислоты, они составляют до трети всех протеинов мышечной ткани и используются как источник энергии при интенсивной мышечной работе. Если во время тренировки в крови нет высокой концентрации аминокислот, организм будет расщеплять мышечный белок и использовать его для обеспечения своих энергетических нужд. Прием легкоусвояемого сывороточного протеина незадолго до тренировки, обеспечит организм необходимым количеством BCAA и поможет вам избежать мышечного катаболизма.
    4. Протеин после тренировки
    Прием протеина после тренировки очень важен. В это время ваше тело особенно хорошо усваивает питательные вещества. Запасы гликогена исчерпаны, концентрация аминокислот и сахара в крови низкая. Для скорейшего восполнения потраченных углеводных запасов и быстрого поднятия уровня аминокислот в крови непосредственно после тренировки рекомендуется использовать гейнер. Протеин быстро обеспечит поступление аминокислот в кровь, а углеводы пойдут на восстановление гликогена. Прием углеводов с высоким гликемическим индексом вызовет резкий выброс инсулина, что обеспечит лучшее усвоение питательных веществ клетками организма и поспособствует скорейшему восстановлению. Если вы придерживаетесь жиросжигающей программы, то следует отказаться от углеводов в вашем посттренировочном коктейле и ограничиться только концентратом или изолятом сывороточного протеина. Обычный прием пищи может идти спустя час-полтора после этого

    5. Протеин перед сном

    Распространено мнение, что прием пищи перед сном ведет к накоплению жира в организме. Это утверждение оправдано в отношении потребления углеводов и жиров, но не в отношении протеина (правда, справедливо это только для физически активных людей). В течение последующих 6-8 часов вы не сможете принимать пищу, и ваше тело не будет получать необходимые для роста и восстановления аминокислоты. Поэтому, для предотвращения ночного катаболизма мышечной ткани рекомендуется за 30 минут до сна принять порцию медленного протеина, который обеспечит продолжительный стабильный уровень аминокислот в крови в течение всей ночи. Идеальным выбором здесь будет комплексная смесь, включающая протеины с различной скоростью усвоения: сывороточный, молочный, мицеллярный казеин и др.
    При работе на рельеф, принимать также как при работе на массу.
    Прием протеина при похудении
    При похудении важно потреблять в течение дня протеины в перерывах между приемами пищи, так как с пищей их поступает недостаточно, поэтому могут возникнуть проблемы со здоровьем, ваши мышцы начнут разрушаться и процесс похудения будет протекать не эффективно. Известно, что при снижении массы и ее наборе следует питаться не реже 5-6 раз в сутки, и здесь на помощь приходят протеиновые коктейли.

     

    Информация переработана и дополнена: http://musclehouse.ru/kogda-prinimat-protein/

    Автор статьи:  Евгения Богинская

     

     

    Что такое протеин и для чего он нужен | Блог Рідні Медтехника

    Протеин Whey Protein, 500 г, клубника, Progress Nutrition Добавки производятся со вкусом клубники, черной малины и белого шоколада, ванили, печенья с кремом, шоколада и фундука. Доступные объемы производителя 500 г, 1000 г, 1,8 кг.
    Заменитель питания Ultra Loss, вишневый йогурт, 450 г, BioTech Повышение силы, выносливости и наращивание мышечной массы, – вот для чего нужен протеин сывороточного типа от компании BioTech. Добавка производится со вкусом вишневого йогурта и лесного ореха в объеме 450 г.
    Протеин «100% Pure Whey», 454 г, со вкусом вишневого йогурта 100% белок американского бренда BioTech разработан для профессиональных атлетов. Обеспечивает активное наращивание мышечной массы в процессе тренировок. Производится в объеме 1000 г и 454 г. Доступные вкусы добавки производителя: вишневый йогурт, клубника, шоколад, ваниль. 
    Сывороточный протеин WPC 80, 700 г, со вкусом белого шоколада, Концентрат сывороточного белка от польского производителя UNS Nutrition. Производится в объеме 700 грамм. Добавки в ассортименте бренда выпускаются без вкуса, со вкусом ванильного и малинового мороженого, печенья, белого шоколада.
    Протеин Econo Instant, 1800 г, со вкусом тирамису, UNS Стоит ли пить протеин Econo польской компании UNS Nutrition? Да, ведь добавка бренда подходит, как для спортсменов, так и для людей, которые ведут активный образ жизни. Протеин поможет запустить процессы жиросжигания, а также набрать мышечную массу. Производится в объемах 1800 грамм. В линейке бренда есть следующие вкусы белковых добавок: клубничное и ванильное мороженое, тирамису, сникерс, шоколад и кокос, молочный шоколад.
    Протеин Econo Premium, 900 г, со вкусом белого шоколада и малины, UNS Еще одна разновидность сывороточного протеина от бренда из Польши UNS Nutrition. Чем полезен протеин такого типа? В этом случае речь идет о премиальной линейке сывороточных протеинов, без добавления растительных белков и с высококачественным аминокислотным составом. Производится со вкусом шоколада и малины, черничного йогурта, апельсинового чизкейка, бананового мороженого, молочного шоколада и малины.
    Сывороточный протеин WHEY, 1 кг, клубничный вкус, Nosorog Белковая смесь украинского производителя Nosorog – качественный быстроусваиваемый протеин. Принимается сразу после тренировки. Допустимые вкусы в линейке бренда: клубника, банан, шоколад, а также порошок без вкуса. Выпускается в упаковках по 1000 грамм.
    Протеин Ultra Pro, 450 г, со вкусом шоколада, Vansiton Основа добавки – быстрорастворимый концентрат сывороточного протеина. Производится украинским брендом Vansiton в упаковках по 450 грамм. Доступен для покупки со вкусом шоколада, ванили, вишни, банана.
    Протеин Ultra Pro, 450 г, со вкусом банана, Vansiton Еще одна разновидность активной белковой добавки украинского производителя Vansiton. Свойства протеина направлены на улучшение метаболизма и максимально интенсивное усвоение белков. Добавка также содержит фосфолипиды, активные липиды, иммуноглобулины и лактоферрин. Производится в зип-пакетах по 450 грамм и банках по 1300 грамм. Доступные вкусы в линейке: шоколад, банан, ваниль, клубника.
    Смесь для коктейлей, 3,6 кг, со вкусом вишни, Vansiton Добавка совмещает протеины и углеводы. Восполняет дефицит гликогена и протеинов в мышцах. Способствует сушке и увеличению мышечных объемов. Продается упаковках по 3,6 кг со вкусом ванили, банана, вишни.
    Протеин Вей-80 , 900 г, Vansiton Содержит 80% концентрат сывороточного протеина. Производится объемом 900 грамм без вкуса. Способствует активному наращиванию мышечной массы, увеличению выносливости и развитию силовых качеств во время активных тренировок.
    Смесь для коктейлей, 900 г, со вкусом ванили, Vansiton Добавка на основе белков и углеводов. Способствует не только увеличению массы, мышечных объемов, но и активному жиросжиганию. Производится со вкусами: шоколад, ваниль, клубника в объеме 900 грамм.
    Казеины
    Мицеллярный казеин, 908 г, со вкусом шоколада, BioTech Пролонгирует эффект мышечного объема, способствует активному восстановлению сил после тренировок.
    Мицеллярный казеин, 700 г, шоколадно-вишневый вкус, Nosorog Казеин от украинского бренда Nosorog. Производится в объеме 700 грамм со вкусами шоколад + вишня, а также с ванильным вкусом.
    Комплексные протеины
    Комплексный протеин Ultra Formula, 1 кг, ванильный вкус, Nosorog Комплексная протеиновая добавка со вкусом банана, ванили, шоколада в упаковке 1000 грамм. Для чего нужен протеин такого типа, так это для всестороннего эффекта. Добавка включает сывороточный протеин, яичный протеин, а также казеин. Все виды белков усваиваются в определенное время, и участвуют в различных процессах, начиная от улучшения мышечной массы, до пролонгирования периода поддержания мышечной формы.
    Протеин ЕXTRA, 1,4 кг, со вкусом шоколада, Vansiton Еще одна добавка также от украинской компании Vansinton. Производится в объеме 1,4 кг. Содержит быстрые и медленные протеины, включая казеин, сывороточный протеин и аминокислоты. Доступные вкусы – клубника, шоколад и ваниль.
    Протеин ЕXTRA, 900 г, со вкусом шоколада, Vansiton Активная смесь на основе концентрированного сывороточного и молочного протеинов. За счет состава способствует активному увеличению мышечной массы во время тренировок, а также пролонгированному результату тренировок. Добавки со вкусом клубника, шоколад, ваниль в объемах 450 и 900 грамм доступны для покупки на сайте.
    Протеин ЕXTRA, 3,4 кг, со вкусом шоколада, Vansiton Разновидность комплексного протеина от бренда Vasinton в объемной упаковке весом 3,4 кг. Как и другие комплексные белковые добавки производителя содержит сывороточные и молочные протеины. Выпускается со вкусом шоколада и ванили. Отличное решение, если вы не знаете, какие протеины лучше пить для улучшения и поддержания формы в вашем случае.
    Протеиновый комплекс Pro 70, 900 г, с клубничным вкусом, Добавка содержит сывороточный изолят 80%, а также изолят соевого белка, сухое обезжиренное молоко. Производится со вкусами: клубника, вишня, ваниль, банан весом 900 и 400 грамм.
    Сывороточные изоляты
    Whey Protein Isolate, 500 г, черная малина / белый шоколад, Progress Биоактивная добавка от венгерского производителя Progress Nutrition. Производится в объеме 500 грамм и 1800 грамм со вкусом: белого шоколада и черной малины, печенья, шоколада. Отличное решение, если вы не знаете, какие протеины лучше пить. Добавка способствует увеличению мышечной массы и замедляет мышечный катаболизм.
    Изолят сывороточного протеина «Iso Whey Zero», 908 г Смесь подходит как для профессиональных спортсменов-бодибилдеров, так и для сторонников активного образа жизни, в том числе и тех, кто тренируется для себя. Способствует набору мышечной массы, сжиганию жировых отложений, улучшает анаболические процессы в мышцах, укрепляет костную ткань. Производится в объеме 500, 908, 2270 грамм со вкусами ягодного брауни, клубники, ванили и корицы, банана, тирамису.
    Изолят сывороточного протеина Iso Whey, 750 г Добавка польской компании UNS Nutrition – протеиновая смесь на основе сывороточного белкового изолята и концентрата. Подходит любителям и профессионалам, которые желают увеличить мышечные объемы, снизить процент жировых отложений. Действует в процессе интенсивных нагрузок, а также в период отдыха за счет многокомпонентного состава. Выпускается со вкусами сникерса, белого шоколада и малины, соленой карамели, белого шоколада и кокоса, банана.
    Сывороточный протеин (изолят) WPI 90, 700 г Изолят сывороточного протеина с 90% содержанием белка в составе. Выпускается украинским брендом Nosorog в упаковке весом 700 грамм. С чем пить протеин такого типа? Вариантов множество: порошковую смесь растворяют в воде, молоке, соке и других напитках.
    Растительные протеин
    Протеин Vegan Protein, 500 г, лесные ягоды, BioTech Протеиновая смесь растительного происхождения от американского бренда Biotech. Производится в объеме 500 грамм на основе горохового и рисовоголков. Подходит для людей, которые не потребляют продукты животного происхождения. Что такое протеин растительный и для чего он нужен? Для изготовления растительной протеиновой добавки для веганов, рис и горох разделяют на волокна, крахмал и белки. А затем белки очищают и высушит до образования порошкообразного вещества. Растительные протеины подходят для увеличения мышечных объемов и улучшения силовых качеств. Изготавливается со вкусом лесных ягод.
    Протеин веганский гороховый, 500 г Гороховый протеин для улучшения мышечной массы и силовых качеств. Подходит для спортсменов, которые не потребляют пищу животного происхождения. Производится в объеме 500 грамм со вкусом ванили, а также черной смородины и ванили.
    Изолят соевый, 500 г Протеиновый изолят на основе сои. Является отличной биоактивной добавкой для людей, которые не принимают животную пищу. Добавки производятся со вкусом шоколада, вишни, ананаса в упаковках по 500 грамм. Производитель порошковой смеси для спортсменов – All Nutrition из Польши. 
    Гороховый протеин, 700 мг, Nosorog  Белковая добавка такого типа создана на основе изолята соевого белка. Подходит для людей, которые желают увеличить объемы мышечной массы и запустить жиросжигающие процессы в организме.
    Производится без вкуса, а также со вкусом тоффи, тирамису, шоколада в упаковках 700 и 1000 грамм.
    Соевый изолят «Plant protein», 900г, со вкусом шоколада, Vansiton Изолят для веганов на основе сои с 85% содержанием белка в составе. Производится украинским брендом Vansiton в объеме 900 грамм и шоколадным вкусом. Способствует увеличению мышечных объемов и рельефов, а также жиросжигательным процессам.

    Что такое сывороточный протеин?

    Сывороточный протеин является популярной пищевой добавкой среди людей всех возрастов. Детские смеси и питательные коктейли для пожилых людей включают его. Добавки для похудения содержат порошок молочной сыворотки в качестве подавителя аппетита, но молодые люди покупают порошок сывороточного протеина в надежде нарастить мышечную массу.

    Сыворотка — это жидкость, оставшаяся после того, как молоко превращается в сыр. Белок в сыворотке является одним из двух основных белков в молоке, второй белок называется казеин. Как и все белки, сывороточный протеин состоит из строительных блоков, называемых аминокислотами. Белок в организме в первую очередь используется для роста мышц и восстановления тканей. Когда люди переваривают пищу, они расщепляют белки на аминокислоты, а затем используют эти аминокислоты для создания новых белков.


    Бодибилдеры ценят сывороточный протеин как хороший источник лейцина, изолейцина и валина. Вместе эти аминокислоты важны для построения мышц. Есть девять незаменимых аминокислот, которые человек должен получать из пищи, чтобы выжить и процветать. В дополнение к ВСАА, сывороточный протеин также содержит все незаменимые аминокислоты (один из лучших протеинов на сайте Minimum Viable Fitness).

    Ранние исследования связали употребление сывороточного белка с повышением работы иммунной системы и спортивной выносливостью.

    Работают ли спортивные добавки с сывороточным протеином?

    Добавки с сывороточным белком, безусловно, могут обеспечить высокое качество белка в рационе. Но большинство медицинских организаций, включая центры по контролю и профилактике заболеваний, рекомендуют получать белок из пищи, а не из пищевых добавок, если у вас есть выбор. Мясо, птица, рыба, бобовые, тофу, яйца, орехи и молоко — все это хорошие источники незаменимых аминокислот, необходимых людям.

    Ранние исследования показали, что прием добавок сывороточного белка до или после тренировки может улучшить рост мышечной массы и иммунитет. Но время приема сывороточных белковых добавок может изменить их эффективность. В совместном заявлении 2009 года Американской диетической ассоциации (ADA), диетологов Канады (DC) и Американского Колледжа Спортивной Медицины (ACSM) отмечалось, что употребление белка во время физических упражнений мало способствует улучшению спортивных результатов. В заявлении рекомендовалось употреблять маложирный, высокоуглеводный перекус с умеренным содержанием белка перед тренировкой, чтобы обеспечить мышцы топливом.


    Белок, усваиваемый после тренировки, обеспечивает организм аминокислотами, необходимыми для восстановления и наращивания новых мышц. Употребление сывороточного протеина сразу после тренировки может быть особенно полезно, потому что он имеет высокий уровень лейцина, легко усваиваемой аминокислоты.

    Безопасны ли добавки с сывороточным белком?

    Безопасность добавок сывороточного протеина во многом зависит от дозы. По данным Национального института здоровья (NIH), большинство американцев потребляют в два раза больше белка, чем им нужно. Избыток белка любого вида будет откладываться в организме в виде жира и может увеличить риск обезвоживания.

    Спортсмены могут безопасно есть больше белка, чем люди, которые не являются физически активными. На самом деле, спортсмен, который не получает достаточно белка, будет испытывать некоторые повреждения мышц и дольше восстанавливаться. Среднестатистический человек нуждается в 0,8 грамма белка в день на каждый килограмм веса тела. Это означает примерно 50-65 г белка в день, или примерно 200 грамм мяса и 1 стакан творога.

    Поскольку сыворотка является молочным продуктом, люди с аллергией на молоко должны избегать употребление сывороточного белка. Люди, страдающие непереносимостью лактозы, также должны соблюдать осторожность. Различные порошки сывороточного белка могут отличаться по калорийности, содержанию жира и лактозы. Изолят сыворотки на 90% состоит из белка и практически не содержит жира, холестерина или лактозы.

    Как правильно выбрать протеин

    Что лучше при наборе массы, похудении и для поддержки формы?

    Протеин — это белок, «кирпичики» для строительства мышц. Источниками белка являются мясо, яйца, молоко, сыр, рыба и, конечно же, спортивные белковые добавки. Разнообразие протеиновых добавок объясняется использованием различных источников белка при их производстве.

    Какие виды протеина бывают?

    1. Сывороточный.
    1. Это белок молочной сыворотки, содержащий наибольшее количество аминокислот BCAA, имеет высокую скорость расщепления в организме, что позволяет снабдить мышцы необходимыми аминокислотами в короткий промежуток времени.
    1. В зависимости от степени фильтрации, существуют 3 вида сывороточного белка: концентрат, изолят и гидролизат.
    1. 2. Казеиновый.
    1. Казеин-это сложный белок молока. Он усваиваются дольше всех других видов, полезен при похудении и в случаях, когда нужно обеспечить организм длительным притоком аминокислот. Например, для употребления перед сном.
      Доступная стоимость, набор всех незаменимых аминокислот, отсутствие лактозы.
      Однако стоимость выше, чем у сыворотки.
    1. 3. Яичный.
    1. Производится из цельных куриных яиц. Затем из сырья удаляются жиры и на выходе получается чистый белок без углеводов, но с небольшим количеством жиров, нужных для лучшей биодоступности.
    1. Усвоение 100%,полный аминокислотный спектр, большое количество BCAA.
      Минусы: высокая стоимость, средняя скорость усвоения, сложно найти в продаже в чистом виде.
    1. 4. Соевый.
    1. Этот вид белка имеет в составе оптимальный баланс аминокислот.
      Способствует выведению холестерина.
      Однако его не стоит употреблять постоянно, ведь он усиленно воздействует на ЖКТ.
    1. 5. Говяжий.

    По характеристикам сравним с сывороточным изолятом, как по показателям биодоступности, так и по аминокислотной ценности.
    Имеет необычный вкус, содержит креатин, полноценный состав аминокислот.
    Однако он обусловлен более высокой стоимостью и не имеет преимуществ перед изолятом.

    6. Многокомпонентный.

    Это смесь различных видов белка.
    Стоит относительно недорого, однако имеет не самый лучший белковый состав.

    Как выбрать протеиновый комплекс?

    Зависит от того, набираем массу, худеем или удерживаем.

    Набор мышечной массы.

    Если вы легко переносите лактозу, то оптимальным решением станет сывороточный концентрат. Полноценный состав, доступная стоимость и приятный вкус — все это характеризует концентрат сывороточного белка.

    В случае непереносимости лактозы выбирайте сывороточный изолят или яичный протеин. Однако и стоимость изолята будет выше. В большинстве случаев его смешивают на производстве с концентратом, поэтому читайте состав внимательно.
    Если бюджет ограничен — купите многокомпонентный протеин. Он лучше, чем тот же соевый протеин в отдельности.
    Похудение.
    По мере снижения количества углеводов пропорционально увеличивайте процент белка. Это нужно не только для сохранения мышечной массы, но и для улучшения инсулиновой резистентности.
    Из-за урезания калорий концентрат сыворотки и другие калорийные виды белка не подойдут для похудения. Рекомендуем выбрать казеин или изолят сыворотки. Оба вида добавок практически не содержат вторичных нутриентов и лишних калорий.
    Кстати, чувство насыщения от изолята более выражено, нежели от казеина. Лишь обильный казеиновый коктейль даст длительное ощущение сытости. В другом случае вы просто не почувствуете его.
    Поддержание веса.
    Многие приобретают протеин для восполнения потребности в белке. В этом случае выбирайте любой тип протеина. Обращайте внимание на калорийность и количество белка в одной порции.
    Самым вкусным белком зачастую является многокомпонентный, причем почти у всех производителей.
    Исходя из вышеописанных критериев, теперь вы без труда сможете определиться в выборе протеина.

    Что такое протеин?

    Занятие карпфишингом подразумевает не только умение забросить на 150 метров, или найти маркером нужную точку ловли, клипсовать удилища и так далее. Карпфишинг – занятие гораздо более глубокое и требует настойчивости, скрупулезности и самое главное времени. Обходить стороной нельзя ни одну составляющую от снаряжения до карпового питания. Каждая из этих тем требует длительного изучения, потому что охватить сразу наскоком за пару-тройку лет не получится. Можно, конечно, нахвататься модных удилищ и бойлов, отправиться на соревнования, а потом бить себя в грудь и называть карпятником. Нет, карпфишинг – это марафон, а не спринт. Как сам процесс рыбалки, так и постижение секретов мастерства.

    В сегодняшней статье мы расскажем о том, что такое протеин. А также дадим определение таким разновидностям протеина, как молочный, яичный, растительный, животный белки и казеин. Погодите, но статья же про протеин! Причем здесь белок? – Все верно, дело в том, что по-английский «protein» как раз и означает «белок». В эпоху культуризма и бодибилдинга порошковые добавки для спортсменов, богатые белком, как правило, привозили из-за границы. На них было написано «Protein» отсюда это название и стало нарицательным. В нашем случае под протеином следует понимать именно белок.

    Молочный белок. Он же белок молочной сыворотки. Или сывороточный протеин. Представляет собой концентрированную смесь белков, получаемых из молочной сыворотки — побочного продукта в виде жидкости, который образуется во время изготовления сыра. Имеют наивысшую скорость расщепления среди цельных белков. При потреблении молочного белка концентрация аминокислот стремительно возрастает практически сразу, при этом не меняется уровень кислотности, что исключает нарушение его работы и образование газов. Также усваиваемость молочного белка невероятно высока.

    По содержанию незаменимых аминокислот, данный вид белков превосходит все остальные белки растительного и животного происхождений. Принимает участие в синтезе большинства жизненно важных гормонов. Повышает уровень антиоксидантных веществ в организме. Все это благодаря тому, что сыворотока удивительным образом содержит нужные аминокислоты в нужном количестве.

    Яичный белок. Яичный протеин многими считает практически совершенным белком. Все это потому что он несет все необходимые для жизнедеятельности аминокислоты. Но речь идет именно о цельном яйце. В желтках присутствует также жир — порядка 4,5гр на вес среднего яйца в 50гр. При этом количество белка составляет около 2,6-2,8гр. При этом 72% жира яичного желтка составляют полиненасыщенные жирные кислоты, которые являются незаменимыми жирами для питания карпа. Они не могут синтезироваться в организме рыбы, поэтому должны обязательно поступать с пищей, чтобы сбалансировать жизнедеятельность карпа. Однако, стоит заметить, что белок сырых яиц усваивается лишь наполовину, тогда как белок яиц прошедших, термическую обработку (то же самое варение бойлов) усваивается на 90%.

    Растительный белок. Сильны прежде всего в комбинациях друг с другом. Наиболее велико содержание белка в комбинации бобовые + злаковые. Бобовые это: соя, горох, которые богаты незаменимыми аминокислотами и имеют ценность близкую к молочным и яичным белкам.

    Одним из самых сбалансированных растительных белков является соевый белок. Он содержит витамин Е, весь комплекс витаминов В, калий, цинк, железо, фосфор. Однако есть и недостаток соевого белка. Речь идет о наличии ингибитора пищеварительного фермента трипсина. Для избавления от него нужна дополнительная обработка белка с помощью ферментированого гидролиза. Растительными белками богаты: пшеница, соя, семена льна, овес, ячмень, рис, люцерна, чечевица, яблоки, морковь, капуста, гранат и так далее.

    Казеин. Казеинат кальция — сложносоставной белок, который получается в результате ферментирования створоженного молока. Он переваривается гораздо дольше молчных белков и обеспечивает организм необходимыми аминокислотами на протяжении всего этого времени. При этом он не только медленно расщепляется по сравнению с сывороточными белками, а обладает свойством замедлять переваривание других видов белка.

    Французскими учеными были проведены исследования в ходе которых выяснили, что уровень аминокислот достигал своего пика в крови примерно через 1,5 часа после приема сывороточного протеина и затем шел на спад, быстро возвращаясь к первоначалному уровню. При приеме казеина, концентрация аминокислот оставалась по-прежнему на высоком уровне даже спустя 5 часов.

    Сывороточный белок (№1-2 по биологической ценности)

    • Плюсы: недорогой, высокое содержание аминокислот, быстро усваивается
    • Минусы: быстро растворяется в организме

    Яичный белок (№1-2 по биологической ценности)

    • Плюсы: наравне с сывороточным белком наиболее всех близок к идеалу, средняя скорость абсорбации
    • Минусы: высокая стоимость из расчета количества белка на одно яйцо

    Казеин (№3 по биологической ценности)

    • Плюсы: медленно всасывается, поддерживая концентрацию аминокислот на высоком уровне в течение долгого времени
    • Минусы: долго растворяется

    Соевый белок (№4 по биологической ценности)

    • Плюсы: долго абсорбируется, снижает холестерин
    • Минусы: невысокая биологическая ценность

    Глава 2: Структура белка — химия

    Глава 2: Структура белка

    2.1 Структура и свойства аминокислот

    2.2 Образование пептидной связи и структура первичного белка

    2.3 Структура вторичного белка

    2.4 Супервторичная структура и белковые мотивы

    2,5 Структура третичного и четвертичного белка

    2.6 Сворачивание, денатурация и гидролиз белков

    2.7 Ссылки

    2.1 Структура и свойства аминокислот

    Белки являются одной из наиболее распространенных органических молекул в живых системах и обладают самым разнообразным набором функций среди всех макромолекул. Белки могут быть структурными, регуляторными, сократительными или защитными; они могут служить для транспортировки, хранения или перепонки; или они могут быть токсинами или ферментами.Каждая клетка живой системы может содержать тысячи различных белков, каждый из которых выполняет уникальную функцию. Их структуры, как и их функции, сильно различаются. Однако все они представляют собой полимеры альфа-аминокислот, расположенные в линейной последовательности и связанные друг с другом ковалентными связями.

    Структура альфа-аминокислот

    Основным строительным блоком белков являются альфа (α) аминокислоты . Как следует из их названия, они содержат функциональную группу карбоновой кислоты и функциональную группу амина.Обозначение альфа используется, чтобы указать, что эти две функциональные группы отделены друг от друга одной углеродной группой. Помимо амина и карбоновой кислоты, альфа-углерод также присоединен к водороду и одной дополнительной группе, которая может различаться по размеру и длине. На схеме ниже эта группа обозначена как R-группа. В живых организмах в качестве строительных блоков белка используются 20 аминокислот. Они отличаются друг от друга только положением R-группы. Основная структура аминокислоты показана ниже:

    Рисунок 2.1 Общая структура альфа-аминокислоты


    Всего 20 альфа-аминокислот, которые обычно включаются в белковые структуры (рис. 2.x). Различные R-группы имеют разные характеристики в зависимости от природы атомов, включенных в функциональные группы. Есть R-группы, которые преимущественно содержат углерод и водород и очень неполярны или гидрофобны. Другие содержат полярные незаряженные функциональные группы, такие как спирты, амиды и тиолы. Некоторые аминокислоты являются основными (содержащие функциональные аминогруппы) или кислотными (содержащими функциональные группы карбоновых кислот).Эти аминокислоты способны образовывать полные заряды и могут взаимодействовать с ионами. Каждая аминокислота может быть сокращена с использованием трехбуквенного и однобуквенного кода.

    Рис. 2.2 Структура 20 альфа-аминокислот, используемых в синтезе белка. R-группы обозначены обведенными / окрашенными участками каждой молекулы. Цвета указывают на определенные классы аминокислот: гидрофобные — зеленый и желтый, гидрофильные полярные незаряженные — оранжевый, гидрофильные кислые — синие, гидрофильные основные — розовые.

    Щелкните здесь, чтобы загрузить версию таблицы аминокислот


    Неполярные (гидрофобные) аминокислоты

    Неполярные аминокислоты можно в значительной степени подразделить на два более конкретных класса: алифатические аминокислоты , и ароматические аминокислоты, . алифатических аминокислот (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин и пролин) обычно содержат разветвленные углеводородные цепи, от простейших — от глицина до более сложных структур лейцина и валина.Пролин также классифицируется как алифатическая аминокислота, но обладает особыми свойствами, поскольку углеводородная цепь циклизована с концевым амином, создавая уникальную 5-членную кольцевую структуру. Как мы увидим в следующем разделе, посвященном первичной структуре, пролин может значительно изменить трехмерную структуру из-за структурной жесткости кольцевой структуры, когда он включен в полипептидную цепь и обычно находится в областях белка, где возникают складки или повороты.

    Ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин и триптофан), , как следует из их названия, содержат ароматические функциональные группы в своей структуре, что делает их в значительной степени неполярными и гидрофобными из-за высокого содержания углерода / водорода. Однако следует отметить, что гидрофобность и гидрофильность представляют собой скользящую шкалу, и каждая из различных аминокислот может иметь разные физические и химические свойства в зависимости от их структуры. Например, гидроксильная группа, присутствующая в тирозине, увеличивает его реакционную способность и растворимость по сравнению с фенилаланином.

    Метионин, одна из серосодержащих аминокислот обычно классифицируется как неполярные, гидрофобные аминокислоты, поскольку концевая метильная группа создает функциональную группу тиоэфира, которая обычно не может образовывать постоянный диполь внутри молекулы и сохраняет низкую растворимость.

    Полярные (гидрофильные) аминокислоты

    Полярные гидрофильные аминокислоты можно подразделить на три основных класса: полярные незаряженные, кислотные и основные функциональные группы.В пределах полярного незаряженного класса боковые цепи содержат гетероатомы (O, S или N), которые способны образовывать постоянные диполи в R-группе. К ним относятся гидроксил- и сульфоксилсодержащих аминокислот, серин, треонин и цистеин и амидосодержащих аминокислот, глутамина и аспаригина. Две аминокислоты, глутаминовая кислота (глутамат) и аспарагиновая кислота (аспартат) составляют кислые аминокислоты и содержат боковые цепи с функциональными группами карбоновых кислот, способными полностью ионизоваться в растворе.Основные аминокислоты , лизин, аргинин и гистидин содержат функциональные аминогруппы, которые можно протонировать для обеспечения полного заряда.

    Многие из аминокислот с гидрофильными R-группами могут участвовать в активном сайте ферментов. Активный центр является частью фермента, которая напрямую связывается с субстратом и осуществляет реакцию. Белковые ферменты содержат каталитических групп , состоящих из R-групп аминокислот, которые способствуют образованию и разрушению связей.Аминокислоты, которые играют важную роль в специфичности связывания активного сайта, обычно не примыкают друг к другу в первичной структуре, а образуют активный сайт в результате сворачивания при создании третичной структуры, как вы увидите позже в глава.

    Белковые структуры, построенные из основных аминокислот, могут состоять из сотен аминокислот. Таким образом, для простоты 20 аминокислот, используемых для синтеза белка, имеют аббревиатуры как трехбуквенного, так и однобуквенного кода (Таблица 2.1). Эти сокращения обычно используются для обозначения белковых последовательностей в биоинформатических и исследовательских целях.

    Таблица 2.1 Сокращения α-аминокислот



    Мысленный вопрос: Триптофан содержит функциональную группу амина, почему триптофан не является основным?

    Ответ: Триптофан содержит индольную кольцевую структуру, которая включает функциональную группу амина. Однако из-за близости и электроноакцепторной природы ароматической кольцевой структуры неподеленная пара электронов на азоте недоступна для принятия протона.Вместо этого они участвуют в образовании связей p- в нескольких различных резонансных структурах, возможных для индольного кольца. На рис. 2.3A показаны четыре возможные резонансные структуры для индола. И наоборот, в структуре имидазольного кольца, обнаруженной в гистидине, есть два атома азота, один из которых участвует в образовании резонансных структур (азот № 1 на рисунке 2.3B) и не может принимать протон, а другой (азот № 3 ), которая имеет неподеленную пару электронов, которая может принять протон.

    Рис. 2.3. Сравнение структурной доступности неподеленной пары электронов на азоте для принятия протона в кольцевых структурах индола и иммидизола . (A) Показаны четыре резонансные структуры индольной кольцевой структуры, демонстрирующие, что неподеленная пара электронов на азоте участвует в образовании pi -связей. (B) Кольцевая структура имидазола имеет один азот (1), который участвует в резонансных структурах (не показаны) и не может принимать протон, в то время как второй азот (3) имеет неподеленную пару электронов, доступных для принятия протона. как показано.

    Разберись самостоятельно:

    В приведенном выше примере опишите с помощью химической диаграммы, почему амидные атомы азота, содержащиеся в аспарагине и глутамине, не являются основными.



    Альфа-аминокислоты — хиральные молекулы

    Если вы изучите структуру альфа-углерода в каждой из аминокислот, вы заметите, что все аминокислоты, за исключением глицина, являются хиральными молекулами (Рисунок 2.4) Хиральная молекула — это молекула, которая не накладывается на свое зеркальное отображение. Подобно левой и правой руке с большим пальцем и пальцами в одном порядке, но они являются зеркальными, а не одинаковыми, к хиральным молекулам прикреплены одни и те же предметы в одном и том же порядке, но они являются зеркальными, а не одинаковыми. Версии хиральных молекул с зеркальным отображением обладают физическими свойствами, которые почти идентичны друг другу, поэтому их очень трудно отличить друг от друга или разделить.Из-за этой природы им дано специальное название стереоизомера — энантиомеры , и фактически сами соединения получили такое же название! Эти молекулы действительно различаются тем, как они вращают простой поляризованный свет, и тем, как они реагируют и взаимодействуют с биологическими молекулами. Молекулы, вращающие свет в правостороннем направлении, называются правовращающими и обозначаются буквой D. Молекулы, которые вращают свет в левом направлении, называются левовращающими и обозначаются буквой L, чтобы отличить один энантиомер от другого.D- и L-формы аланина показаны на рисунке 2.4B.

    Хотя большинство аминокислот могут существовать как в левосторонней, так и в правосторонней формах, жизнь на Земле состоит почти исключительно из левосторонних аминокислот. Протеогенные аминокислоты, включенные в белки рибосомами, всегда находятся в L-конформации. Некоторые бактерии могут включать D-аминокислоты в пептиды, не кодируемые рибосомами, но D-аминокислоты в природе используются редко. Интересно, что когда мы обсудим структуру сахаров в главе XX, мы обнаружим, что сахара, которые включены в углеводные структуры, почти исключительно находятся в D-конформации.Никто не знает, почему это так. Однако доктор. Джон Кронин и Сандра Пиццарелло показали, что из аминокислот, которые падают на Землю из космоса на метеоритах, больше находится в L-конформации, чем в D-конформации. Таким образом, тот факт, что мы состоим преимущественно из L-аминокислот, может быть вызван аминокислотами из космоса.

    Почему аминокислоты в космосе благоприятствуют L-конформации? Никто точно не знает, но известно, что излучение также может существовать в левосторонней и правосторонней формах. Итак, существует теория под названием Гипотеза Боннера , которая предполагает, что преобладающие формы излучения в космосе (т. Е.от вращающейся нейтронной звезды, например) может привести к селективному образованию гомохиральных молекул, таких как L-аминокислоты и D-сахара. Это все еще спекулятивно, но недавние открытия метеоритов делают эту гипотезу гораздо более правдоподобной.

    Рисунок 2.4 Хиральность аминокислот. За исключением простейшей аминокислоты, глицина, все другие аминокислоты, которые включены в белковые структуры, имеют хиральную природу. (A) Демонстрирует хиральность структуры основной альфа-аминокислоты при использовании неспецифической R-группы.(B) Пара энантиомеров D- и L-аланина, верхняя диаграмма представляет модель шара и клюшки, а нижняя диаграмма представляет линейную структуру.

    Изображение (A) из NASA


    Обратите внимание, что обозначения D и L — это особые термины, используемые для того, как молекула вращает простой поляризованный свет. Это не означает абсолютную стереоконфигурацию молекулы. Абсолютная конфигурация относится к пространственному расположению атомов хирального молекулярного объекта (или группы) и его стереохимическому описанию. E.грамм. R или S , имея в виду Rectus или Sinister соответственно.

    Абсолютные конфигурации хиральной молекулы (в чистом виде) чаще всего получают с помощью рентгеновской кристаллографии. Альтернативными методами являются оптическая вращательная дисперсия, колебательный круговой дихроизм, использование реагентов хирального сдвига в протонном ЯМР и визуализации кулоновского взрыва. После получения абсолютной конфигурации назначение R или S основано на правилах приоритета Кан – Ингольда – Прелога, , которые можно просмотреть, перейдя по ссылке и на рисунке 2.5. Все хиральные аминокислоты, кроме цистеина, также находятся в S-конформации. Цистеин содержит атом серы, из-за чего R-группа имеет более высокий приоритет, чем функциональная группа карбоновой кислоты, что приводит к R-конформации для абсолютной стереохимии. Однако цистеин действительно вращает простой поляризованный свет в левовращающем или левовращающем направлении. Таким образом, R- и S-обозначения не всегда соответствуют D- и L-конформации.

    Рисунок 2.5 Абсолютная конфигурация определяется обозначениями Rectus (R) и Sinister (S). В системе Кан-Ингольда Прелога для наименования хиральных центров группы, присоединенные к хиральному центру, ранжируются в соответствии с их атомным номером, причем наивысший атомный номер получает наивысший приоритет (A на диаграмме выше), а наименьший атомный номер получает наименьший приоритет (D на диаграмме выше). Затем зритель с самым низким приоритетом не видит, чтобы правильно сориентировать молекулу для дальнейшей оценки.Затем отслеживается путь приоритетов №1, №2 и №3 (соответствующих A, B и C выше). Если путь идет по часовой стрелке, хиральному центру присваивается R-обозначение, тогда как если путь идет против часовой стрелки, ему присваивается S-обозначение.

    Изображение из Википедия


    Аминокислоты — цвиттерионы

    В химии цвиттер-ион представляет собой молекулу с двумя или более функциональными группами, из которых по крайней мере одна имеет положительный, а одна отрицательный электрический заряд, а суммарный заряд всей молекулы равен нулю при определенном pH.Поскольку они содержат по крайней мере один положительный и один отрицательный заряд, цвиттерионы также иногда называют внутренними солями . Заряды на различных функциональных группах уравновешивают друг друга, и молекула в целом может быть электрически нейтральной при определенном pH. Значение pH, при котором это происходит, называется изоэлектрической точкой .

    В отличие от простых амфотерных соединений, которые могут образовывать только или катионные или анионные частицы, цвиттерион одновременно имеет оба ионных состояния.Аминокислоты являются примерами цвиттерионов (рис. 2.6). Эти соединения содержат аммониевую и карбоксилатную группы, и их можно рассматривать как возникающие в результате своего рода внутримолекулярной кислотно-основной реакции: аминогруппа депротонирует карбоновую кислоту.

    Рис. 2.6 Аминокислоты — это цвиттерионы. Аминокислота содержит как кислотные (фрагмент карбоновой кислоты), так и основные (фрагмент амина) центры. Изомер справа — это цвиттерионная форма.


    Поскольку аминокислоты являются цвиттерионами, а некоторые из них также содержат потенциал для ионизации в своих R-группах, их состояние заряда in vivo , и, таким образом, их реакционная способность может варьироваться в зависимости от pH, температуры и статуса сольватации локальных микросреда, в которой они расположены.Таблица стандартных значений pK и для аминокислот показана в таблице 2.1 и может использоваться для прогнозирования состояния ионизации / заряда аминокислот и получаемых ими пептидов / белков. Однако следует отметить, что статус сольватации в микроокружении аминокислоты может изменять относительные значения pK a этих функциональных групп и обеспечивать уникальные реактивные свойства в активных центрах ферментов (таблица 2.1). Более подробное обсуждение эффектов десольватации будет дано в главе XX, посвященной механизмам ферментативных реакций.

    Таблица 2.1

    Версия для печати значений pKa


    Как видно из Таблицы 2.1, семь аминокислот содержат R-группы с ионизируемыми боковыми цепями и обычно находятся в активных центрах ферментов. Напомним, что pK a определяется как pH, при котором ионизированная и неионизированная формы ионизируемой функциональной группы в молекуле существуют в равных концентрациях. Таким образом, когда функциональная группа сдвигается выше или ниже ее значения pK , произойдет сдвиг в концентрациях ионизированных и неионизированных форм в пользу одного состояния по сравнению с другим.На рис. 2.7 показаны различные R-группы в их неионизированном и ионизированном состояниях и их предпочтительные состояния выше или ниже значения pK a .

    Рис. 2.7 Ионизируемые функциональные группы в обычных аминокислотах. Во всех аминокислотах как функциональная группа карбоновой кислоты (C-конец), так и функциональная группа амина (N-конец) способны к ионизации. Кроме того, семь аминокислот (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аргинин, гистидин, лизин, тирозин и цистеин) также содержат ионизируемые функциональные группы в своих R-группах.Предпочтительные состояния функциональной группы показаны либо выше, либо ниже их соответствующих значений pK a .


    Обычно ионизируемая группа будет благоприятствовать протонированному состоянию в условиях pH ниже ее соответствующих значений pK a и будет благоприятствовать депротонированному состоянию в условиях pH выше ее соответствующего значения pK a . Таким образом, значения pK a могут использоваться для помощи в прогнозировании общих зарядовых состояний аминокислот и их результирующих пептидов / белков в определенной среде.Например, если мы посмотрим на кривую титрования основной аминокислоты, гистидина (рис. 2.8). При достижении каждого pK a состояние заряда аминокислоты изменяется в пользу депротонированного состояния. Таким образом, гистидин будет медленно прогрессировать от общего заряда +2 при очень низком pH (полностью протонированный) до общего заряда -1 при очень высоком pH (полностью депротонирован).

    Рис. 2.8 Состояние ионизации гистидина в среде с различным pH. (A) Кривая титрования гистидина от низкого pH до высокого pH.Указывается каждая точка эквивалентности (pK a ). (B) Показывает благоприятное состояние ионизации гистидина после прохождения каждого pK значения .

    Изображение адаптировано из L. Van Warren



    Дополнительная практика:

    Нарисуйте глутаминовую кислоту и спрогнозируйте общее состояние заряда аминокислоты при pH = 1, pH = 3, pH = 7 и pH = 12.



    Образование цистеиновых и дисульфидных связей

    Цистеин также является уникальной аминокислотой, поскольку эта боковая цепь способна подвергаться обратимой окислительно-восстановительной ( редокс ) реакции с другими остатками цистеина, создавая ковалентную дисульфидную связь в окисленном состоянии (Рисунок 2.9). Вспомните, что когда молекулы окисляются, они теряют электроны, а когда молекулы восстанавливаются, они приобретают электроны. Во время биологических окислительно-восстановительных реакций ионы водорода ( протонов ) часто удаляются с электронами из молекулы во время окисления и возвращаются во время восстановления. Таким образом, если реакция теряет или набирает протоны, это хороший признак того, что она также теряет или приобретает электроны и что происходит окислительно-восстановительная реакция.Таким образом, получение или потеря протонов может быть простым способом идентифицировать этот тип реакции.

    Дисульфидные связи являются неотъемлемой частью образования трехмерной структуры белков и, следовательно, могут сильно влиять на функцию получаемого белка. В клеточных системах образование / разрыв дисульфидной связи является ферментно-опосредованной реакцией и может использоваться в качестве механизма для контроля активности белка. Дисульфидные связи будут обсуждаться более подробно в разделе 2.xx данной главы и в главе XX.

    Рис. 2.9. Цистеин может окисляться с образованием дисульфидных связей. Во время образования дисульфидной связи два цистеина окисляются с образованием молекулы цистина. Это требует потери двух протонов и двух электронов.

    обратно в начало

    2.2 Образование пептидных связей и структура первичного белка

    Внутри клеточных систем белки связаны между собой большим ферментным комплексом, который содержит смесь РНК и белков.Этот комплекс называется рибосомой . Таким образом, поскольку аминокислоты связаны друг с другом, чтобы сформировать определенный белок, они расположены в очень определенном порядке, который диктуется генетической информацией, содержащейся в молекуле информационной РНК (мРНК). Этот специфический порядок аминокислот известен как первичная последовательность белка . Механизм трансляции, используемый рибосомой для синтеза белков, будет подробно обсужден в главе XX.В этой главе основное внимание будет уделено химической реакции, происходящей во время синтеза, и физическим свойствам полученных пептидов / белков.

    Первичная последовательность белка связана вместе с использованием дегидратационного синтеза (потеря воды), которые объединяют карбоновую кислоту вышележащей аминокислоты с аминогруппой нижележащей аминокислоты с образованием амидной связи (рис. 2.10). ). Точно так же обратная реакция — это гидролиз и требует включения молекулы воды для разделения двух аминокислот и разрыва амидной связи.Примечательно, что рибосома служит ферментом, который опосредует реакции синтеза дегидратации, необходимые для построения белковых молекул, тогда как класс ферментов, называемых протеазами , необходим для гидролиза белка.

    В белковых структурах амидная связь между аминокислотами известна как пептидная связь . Последующие аминокислоты будут добавлены на конце карбоновой кислоты растущего белка.Таким образом, белки всегда синтезируются направленным образом, начиная с амина и заканчивая хвостом карбоновой кислоты. Новые аминокислоты всегда добавляются к хвосту карбоновой кислоты, а не к амину первой аминокислоты в цепи. Направленность синтеза белка определяется рибосомой и известна как синтез N- в C .

    Рисунок 2.10 Формирование пептидной связи. Добавление двух аминокислот для образования пептида требует синтеза дегидратации.


    Как отмечалось выше в разделе цвиттерионов, амидные связи имеют резонансную структуру, которая не позволяет атомной неподеленной паре электронов действовать как основание (рис. 2.11).

    Рисунок 2.11 Резонансная структура амида. Во время амидного резонанса неподеленные пары электронов из азота участвуют в образовании pi -связи с карбонильным углеродом, образующим двойную связь. Таким образом, амидные атомы азота не являются основными. Кроме того, связь C-N в амидной структуре зафиксирована в пространстве и не может вращаться из-за характера связи p-.

    Изображение из В.К. Чанг


    Вместо этого они участвуют в образовании связи p- с карбонильным углеродом. Кроме того, связь C-N в амидной структуре зафиксирована в пространстве и не может вращаться из-за характера связи p-. Это создает фиксированные физические положения R-групп в растущем пептиде либо в конформации цис или транс . Поскольку R-группы могут быть довольно объемными, они обычно чередуются по обе стороны от растущей белковой цепи в конформации транс .Конформация цис предпочтительна только для одной конкретной аминокислоты, пролина . Это связано с циклической структурой R-группы пролина и стерическими препятствиями, которые создаются, когда пролин принимает конформацию trans (рис. 2.12). Таким образом, остатки пролина могут иметь большое влияние на трехмерную структуру полученного пептида.

    Рисунок 2.12. Конформация Cis и Trans R-групп аминокислот. Верхняя диаграмма отображает конформации цис и транс двух соседних аминокислот, обозначенных как X и Y, которые обозначают любую из 20 аминокислот, за исключением пролина. В конформации trans R-группа от аминокислоты X повернута в сторону и находится на другой стороне молекулы по сравнению с R-группой от аминокислоты Y. Эта конформация дает наименьшее количество стерических препятствий по сравнению с cis конформация, в которой R-группы расположены с одной стороны и в непосредственной близости друг от друга.На нижней диаграмме любая аминокислота X расположена перед остатком пролина. Из-за циклизации R-группы пролина с амидным азотом в основной цепи это смещает положение R-группы пролина, чтобы быть ближе к R-группе от аминокислоты X, когда она принимает конформацию trans . Таким образом, пролин отдает предпочтение конформации цис , которая имеет меньшие стерические препятствия.


    Белки представляют собой очень большие молекулы, содержащие множество аминокислотных остатков, связанных вместе в очень определенном порядке.Белки имеют размер от 50 аминокислот до самого большого известного белка, содержащего 33 423 аминокислоты. Макромолекулы, содержащие менее 50 аминокислот, известны как пептиды (рис. 2.13).


    Рис. 2.13. Пептиды и белки — это макромолекулы, состоящие из длинных цепочек аминокислот, соединенных вместе амидными связями. Порядок и природа аминокислот в первичной последовательности белка определяют структуру укладки белка на основе окружающей среды белка (то есть, если он находится внутри клетки, он, вероятно, окружен водой в очень полярной среде. , тогда как если белок встроен в плазматическую мембрану, он будет окружен очень неполярными углеводородными хвостами).


    Благодаря большому количеству аминокислот, которые могут быть включены в каждую позицию в белке, существуют миллиарды различных возможных комбинаций белков, которые можно использовать для создания новых белковых структур! Например, подумайте о трипептиде, полученном из этого пула аминокислот. В каждой позиции есть 20 различных опций, которые могут быть включены. Таким образом, общее возможное количество образующихся трипептидов будет 20 × 20 × 20 или 20 3 , что равняется 8000 различных вариантов трипептидов! А теперь подумайте, сколько вариантов было бы для небольшого пептида, содержащего 40 аминокислот.Будет 20 40 вариантов или ошеломляющая 1,09 X 10 52 возможных вариантов последовательности! Каждый из этих вариантов будет различаться по общей форме белка, поскольку природа боковых цепей аминокислот помогает определить взаимодействие белка с другими остатками в самом белке и с окружающей его средой.

    Характер аминокислот по всему белку помогает белку складываться и формировать его трехмерную структуру. Именно эта трехмерная форма требуется для функциональной активности белка (т. Е. форма белка = функция белка ). Для белков, находящихся в водной среде клетки, гидрофобные аминокислоты часто находятся внутри структуры белка, тогда как водолюбивые гидрофильные аминокислоты будут на поверхности, где они могут связываться водородом и взаимодействовать с молекулами воды. Пролин уникален, потому что он имеет единственную R-группу, которая образует циклическую структуру с аминогруппой в основной цепи. Эта циклизация заставляет пролин принимать конформацию цис , а не конформацию транс внутри остова.Этот сдвиг в структуре часто означает, что пролины представляют собой положения, в которых происходят изгибы или изменения направления внутри белка. Метионин уникален тем, что он служит исходной аминокислотой для почти всех тысяч белков, известных в природе. Цистеины содержат тиоловые функциональные группы и, таким образом, могут окисляться другими остатками цистеина с образованием ковалентных дисульфидных связей в структуре белка (рис. 2.14). Дисульфидные мостики добавляют дополнительную стабильность трехмерной структуре и часто требуются для правильного сворачивания и функционирования белка (Рисунок 2.14).

    Рисунок 2.14 Дисульфидные связи. Дисульфидные связи образуются между двумя остатками цистеина в пептидной или белковой последовательности или между различными пептидными или белковыми цепями. В приведенном выше примере изображены две пептидные цепи, которые образуют гормон инсулин. Дисульфидные мостики между двумя цепями необходимы для правильного функционирования этого гормона по регулированию уровня глюкозы в крови.

    Изображение предоставлено: CNX OpenStax через Wikimedia Commons


    Форма и функция белка

    Первичная структура каждого белка приводит к уникальному паттерну сворачивания, который характерен для этого конкретного белка.Таким образом, первичная последовательность — это линейный порядок аминокислот, поскольку они связаны вместе в белковой цепи (рис. 2.15). В следующем разделе мы обсудим сворачивание белка, которое приводит к образованию вторичных, третичных, а иногда и четвертичных белковых структур.

    Рис. 2.15. Первичная структура белка представляет собой линейную последовательность аминокислот.

    (кредит: модификация работы Национального исследовательского института генома человека)

    обратно в начало

    2.3 Структура вторичного белка

    В предыдущем разделе мы отметили жесткость, создаваемую связью CN в амидной связи, когда аминокислоты соединяются друг с другом, и узнали, что это приводит к тому, что R-группы аминокислот благоприятствуют конфромации транс (за исключением пролина, который поддерживает конформацию цис ). Эта жесткость каркаса белка ограничивает потенциал сворачивания и структуру получаемого белка. Однако связи, прикрепленные к α-углероду, могут свободно вращаться и вносить свой вклад в гибкость и уникальные паттерны сворачивания, наблюдаемые внутри белков.Чтобы оценить возможные модели вращения, которые могут возникнуть вокруг α-углерода, обычно измеряются торсионные углы Phi (Φ) и Psi (ψ). Угол кручения Phi (Φ) измеряет вращение вокруг связи α-углерод-азот, оценивая угол между двумя соседними карбонильными атомами углерода, когда вы смотрите прямо вниз по связи α-углерод-азот в плоскость бумаги (рис. 2.16). ). И наоборот, торсионный угол Psi (ψ) измеряет вращение вокруг связи α-углерод — карбонильный углерод, оценивая угол между двумя соседними атомами азота, когда вы смотрите прямо вниз на связь α-углерод — карбонильный углерод (Рисунок 2.16).

    Рисунок 2.16 Торсионные углы Phi (Φ) и Psi (ψ). (A) Торсионный угол Phi (Φ) является мерой вращения вокруг связи между α-углеродом и амидным азотом. Он измеряется как угол между двумя карбонильными атомами углерода, примыкающими к связи, показанный на нижней панели. (B) Торсионный угол Psi (ψ) является мерой вращения вокруг связи между α-углеродом и карбонильным углеродом. Он измеряется как угол между двумя атомами азота, примыкающими к связи, показанный на нижней панели.


    В то время как связи вокруг α-углерода могут вращаться свободно, предпочтительные торсионные углы ограничены меньшим набором возможностей, поскольку соседние атомы избегают конформаций, которые имеют высокие стерические препятствия, связанные с ними. Г. Рамачандран создал компьютерные модели небольших пептидов для определения стабильных конформаций торсионных углов Phi (Φ) и Psi (ψ). На основе своих результатов он создал так называемый график Рамачандрана, который графически отображает области перекрытия наиболее благоприятных торсионных углов Phi (Φ) и Psi (ψ) (Рисунок 2.17)

    Рис. 2.17 График Рамачандрана. Благоприятный и очень благоприятный торсионные углы Phi (Φ) и Psi (ψ) обозначены желтым и красным соответственно. Указаны углы связи для общих вторичных белковых структур.

    Изображение изменено с: J. Cooper


    Внутри каждого белка небольшие участки белка могут принимать специфические повторяющиеся паттерны сворачивания. Эти специфические мотивы или узоры называются вторичной структурой .Двумя наиболее распространенными вторичными структурными особенностями являются альфа-спираль и бета-гофрированный лист (рис. 2.18). Внутри этих структур внутримолекулярные взаимодействия, особенно водородная связь между амином основной цепи и карбонильными функциональными группами, имеют решающее значение для поддержания трехмерной формы.

    Рис. 2.18. Вторичные структурные особенности в структуре белка. Правая альфа-спираль и бета-складчатый лист являются общими структурными мотивами, обнаруженными в большинстве белков.Они удерживаются вместе за счет водородной связи между амином и карбонильным кислородом в основной цепи аминокислоты.

    Изображение изменено из: The School of Biomedical Sciences Wiki


    Альфа-спираль

    Для альфа-спиральных структур очень распространена правая спираль, тогда как левые спирали очень редки. Это связано с торсионными углами Phi (Φ) и Psi (ψ), необходимыми для получения левой альфа-спиральной структуры.Чтобы получить правильную ориентацию левой спирали, белку придется складываться и закручиваться под множеством неблагоприятных углов. Таким образом, они не очень распространены в природе.

    Для правой альфа-спирали каждый виток спирали содержит 3,6 аминокислотных остатка (рис. 2.19). Группы R (вариантные группы) полипептида выступают из цепи α -спираль. Основная цепь полипептида образует повторяющуюся спиральную структуру, которая стабилизируется водородными связями между кислородом карбонила и водородом амина.Эти водородные связи возникают с регулярными интервалами, по одной водородной связи на каждую четвертую аминокислоту, и заставляют основную цепь полипептида образовывать спираль. Каждая аминокислота продвигает спираль вдоль своей оси на 1,5 Å. Каждый виток спирали состоит из 3,6 аминокислот; следовательно, шаг спирали составляет 5,4 Å. На спираль приходится в среднем десять аминокислотных остатков. Различные аминокислоты имеют разную склонность к образованию α -спирали. Аминокислоты, которые предпочитают принимать спиральные конформации в белках, включают метионин, аланин, лейцин, глутамат и лизин.Пролин и глицин почти не склонны к образованию спиралей.

    Рис. 2.19. Структура правой альфа-спирали. (A) Модель шара и рукояти, вид сбоку. Всего для образования одного витка спирали α требуется 3,6 аминокислоты. Водородная связь между кислородом карбонила и азотом 4-й аминокислоты стабилизирует спиральную структуру. На показанной структуре черные атомы представляют собой альфа-углерод, серый — карбонильные углероды, красный — кислород, синий — азот, зеленый — R-группы и светло-фиолетовый — атомы водорода.(B) Расширенный вид сбоку, линейная структура и модель заполнения пространства (C) Расширенный вид сверху, линейная структура и модель заполнения пространства

    Изображение A изменено с: Максим Изображение B и C взято из: Генри Якубовски


    Ключевые моменты об альфа-спирали:
    • Альфа-спираль более компактна, чем полностью вытянутая полипептидная цепь с углами phi / psi 180 o
    • В белках среднее количество аминокислот в спирали составляет 11, что дает 3 витка.
    • Левая альфа-спираль, хотя и разрешенная при осмотре графика Рамачандрана, наблюдается редко, поскольку аминокислоты, используемые для построения структуры белка, являются L-аминокислотами и смещены в сторону образования правой спирали. Когда все же образуются левые спирали, они часто имеют решающее значение для правильного сворачивания белка, стабильности белка или непосредственно участвуют в формировании активного центра.

    Рисунок 2.20 Левосторонняя структура альфа-спирали. На этой диаграмме левая альфа-спираль, показанная желтым цветом, является частью витка шпильки в структуре белка и стабилизирована двумя дисульфидными мостиками, показанными желтым цветом.

    Рисунок из: Annavarapu, S., Nanda, V. (2009) BMC Struct Biol 9, 61


    • Сердцевина спирали набита плотно. В спирали нет отверстий и пор.
    • Все R-группы простираются наружу и от оси спирали. R-группы могут быть гидрофильными или гидрофобными и могут быть локализованы в определенных положениях на спирали, образуя амфипатические области на белке, или полностью гидрофобные спирали могут также проходить через плазматическую мембрану, как показано на рис. 2.21

    Рис. 2.21. Расположение R-групп внутри альфа-спиральных структур. R-группы могут быть расположены внутри альфа-спирали для создания амфипатических областей внутри белка, где гидрофильные остатки расположены с одной стороны спирали, а гидрофобные — с другой, как показано на виде сбоку (A) или сверху вниз ( ДО Н.Э).R-группы также могут быть полностью гидрофобными в альфа-спиралях, охватывающих плазматическую мембрану, как показано на (D).

    Рисунок изменен по: Khara, J.S., et al. (2017) Acta Biomat 57: 103-114 и Ryu, H., et al. (2019) Int J Mol Sci 20 (6) 1437


    • Некоторые аминокислоты чаще встречаются в альфа-спиралях, чем другие. Вот аминокислоты, которые обычно НЕ встречаются в альфа-спиральных структурах: Gly слишком мал и конформационно гибок, чтобы его можно было найти с высокой частотой в альфа-спиралях, тогда как Pro слишком жесткий и в цис -конформация. Pro часто нарушает спиральную структуру, вызывая изгибы белка. Некоторые аминокислоты с боковыми цепями, которые могут связывать Н-связь ( Ser, Asp, и Asn ) и не слишком длинные, по-видимому, действуют как конкуренты донора и акцептора Н-связи основной цепи и дестабилизируют альфа спирали. R-группы с ранним ветвлением, такие как Val и Ile, , дестабилизируют альфа-спираль из-за стерических взаимодействий объемных боковых цепей с основной цепью спирали.
    • Краткое изложение склонности аминокислот к альфа-спиралям (а также к бета-структуре)
    • Альфа-кератины, основной компонент волос, кожи, меха, клювов и ногтей, почти полностью представляют собой альфа-спираль.

    Jmol: обновлено Изолированная спираль из антифриза белка Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

    Бета-гофрированный лист:

    В β-складчатом листе «складки» образованы водородными связями между атомами в основной цепи полипептидной цепи.Группы R присоединены к атомам углерода и простираются выше и ниже складок складки в конформации trans . Складчатые сегменты выстраиваются параллельно или антипараллельно друг другу, а водородные связи образуются между частично положительным атомом азота в аминогруппе и частично отрицательным атомом кислорода в карбонильной группе остова пептида (рис. 2.21).

    Рис. 2.21 Структура листа с бета-гофрировкой. β-гофрированный лист может быть ориентирован в параллельной или антипараллельной ориентации, как показано на (A) выше, с β-гофрированным листом, представленным красными стрелками.Направление стрелки указывает ориентацию белка, при этом стрелка проходит в направлении от N к C. Водородная связь между карбонилом основной цепи и функциональными аминогруппами основной цепи стабилизировала как антипараллельные (B слева), так и параллельные (B справа) β-складчатые листовые структуры.

    Изображение (A) из: Xenoblast Изображение (B) из: Fvasconcellos


    Другие мотивы вторичной структуры:

    Другие важные вторичные конструкции включают витков, петель, шпильки и гибких линкеров .Существует множество различных классификаций витков в структуре белка, включая α-витков, β-витков, γ-витков, δ-витков и π-витков . β-витки (наиболее распространенная форма) обычно содержат четыре аминокислотных остатка (рис. 2.22). Пролин и глицин обычно встречаются в поворотных мотивах, поскольку цис-конформация пролина способствует более резким конформационным изгибам, в то время как минимальная боковая цепь глицина позволяет более плотно упаковывать аминокислоты, чтобы способствовать структуре поворота.

    Рис. 2.22. Схема β-витков типа I и II.

    Изображение из: Muskid


    ω-петля — это универсальный термин для более длинной, протяженной или нерегулярной петли без фиксированной внутренней водородной связи. Шпилька — это особый случай поворота, при котором направление основной цепи белка меняется на противоположное и фланкирующие элементы вторичной структуры взаимодействуют. Например, шпилька beta соединяет две антипараллельные β-нити с водородными связями.Иногда повороты обнаруживаются внутри гибких линкеров или петель, соединяющих белковые домены. Линкерные последовательности различаются по длине и обычно богаты полярными незаряженными аминокислотами. Гибкие линкеры позволяют соединительным доменам свободно скручиваться и вращаться, чтобы рекрутировать своих связывающих партнеров через динамику белковых доменов.

    обратно в начало

    2.4 Супервторичная структура и белковые мотивы

    Между вторичной структурой и третичной структурой белков находятся более крупные трехмерные особенности, которые были идентифицированы во множестве различных белковых структур.Они известны как супервторичная структура и как белок мотивы . Супервторичная структура обычно состоит из двух вторичных структур, связанных между собой витком, и включает спираль-поворот-спираль, спираль-петля-спираль, α-α-углы, β-β-углы и β-шпилька-β (рис. 2.23).

    Рисунок 2.23 Примеры сверхвторичных структур. (A) β-шпилька-β-структуры характеризуются резким поворотом шпильки, который не нарушает водородные связи двух β-складчатых листовых структур.(B) Предполагаемая структура спирали-поворот-спираль белка Taspase1, (C) угловая структура α-α, присутствующая в белке Myoglobin.

    Изображение A предоставлено: Isabella Daidone Изображение B: Johannes van den Boom, et al. (2016) PLosONE 11 (3): e0151431

    Изображение C изменено с: Belles14104


    Белковые мотивы представляют собой более сложные структуры, созданные из вторичных и супервторичных структурных компонентов, повторяющихся модальностей, визуализируемых во многих белковых структурах.

    Бета-нити имеют тенденцию закручиваться в правильном направлении, чтобы минимизировать конформационную энергию. Это приводит к образованию интересных структурных мотивов, обнаруженных во многих типах белков. Две из этих структур включают скрученные листы или опоры, а также бета-стволы (рис. 2.24).

    Рис. 2.24 Общие структурные мотивы бета-нити. (A) Скрученный лист для правой руки, вид сверху и сбоку, (B) Вид сбоку бета-ствола и (C) Вид сверху бета-ствола

    Автор изображения: Генри Якубовски


    Структурные мотивы могут выполнять определенные функции в белках, такие как обеспечение связывания субстратов или кофакторов.Например, складка Россмана отвечает за связывание с кофакторами нуклеотидов, такими как никотинамидадениндинуклеотид (NAD + ) (рис. 2.25). Складка Россмана состоит из шести параллельных бета-нитей, которые образуют протяженный бета-лист. Первые три нити соединены α-спиралями, в результате чего получается структура бета-альфа-бета-альфа-бета. Этот образец дублируется один раз, чтобы получить перевернутый тандемный повтор, содержащий шесть нитей. В целом жилы расположены в порядке 321456 (1 = N-концевой, 6 = C-концевой).Пять скрученных нитей, подобных Россманну, расположены в порядке 32145. Общая третичная структура складки напоминает трехслойный сэндвич, в котором начинка состоит из удлиненного бета-листа, а два ломтика хлеба образованы соединяющимися параллельными альфа-буквами. спирали.

    Рис. 2.25. Складка Россмана. (A) Структура никотинамидадениндинуклеотида (NAD + ) (B) Диаграмма складки Россмана (спирали A-F красные и нити 1-6 желтые) из E.coli фермент малатдегидрогеназа. Показано, что кофактор NAD + связывается как молекула, заполняющая пространство. (C) Схематическая диаграмма шестицепочечной складки Россмана.

    Изображение изменено с: Boghog


    Одной из особенностей складки Россмана является ее специфичность связывания кофакторов. Наиболее консервативный сегмент складок Россмана — это первый бета-альфа-бета-сегмент. Поскольку этот сегмент находится в контакте с ADP-частью динуклеотидов, таких как FAD, NAD и NADP, его также называют «ADP-связывающей бета-бета складкой».

    Интересно, что подобные структурные мотивы не всегда имеют общего эволюционного предка и могут возникать в результате конвергентной эволюции. Так обстоит дело с TIM Barrel, консервативной белковой складкой, состоящей из восьми α-спиралей и восьми параллельных β-цепей, которые чередуются вдоль пептидного остова. Структура названа в честь триозофосфатизомеразы, консервативного метаболического фермента. Бочки TIM — одна из самых распространенных белковых складок. Одна из самых интригующих особенностей представителей этого класса белков заключается в том, что хотя все они демонстрируют одну и ту же третичную складку, между ними очень мало сходства последовательностей.По крайней мере, 15 различных семейств ферментов используют этот каркас для создания соответствующей геометрии активного сайта, всегда на С-конце восьми параллельных бета-цепей цилиндра.

    Рисунок 2.26 Ствол TIM. цилиндров TIM считаются α / β-складками белка, потому что они включают в себя чередующийся паттерн α-спиралей и β-цепей в одном домене. В цилиндре TIM спирали и нити (обычно по 8 каждой) образуют соленоид, который изгибается и замыкается в форме пончика, топологически известной как тороид.Параллельные β-нити образуют внутреннюю стенку бублика (следовательно, β-бочку), тогда как α-спирали образуют внешнюю стенку бублика. Каждая β-нить соединяется со следующей соседней нитью в цилиндре через длинную правую петлю, которая включает одну из спиралей, так что раскрашивание ленты N-C на виде сверху (A) происходит в радужном порядке вокруг бочка. Ствол TIM также можно рассматривать как состоящий из 8 перекрывающихся правосторонних супервторичных структур β-α-β, как показано на виде сбоку (B).

    Изображение изменено с: WillowW


    Хотя ленточная диаграмма TIM Barrel показывает отверстие в центральном ядре белка, боковые цепи аминокислот на этом изображении не показаны (рис. 2.26). Ядро белка на самом деле плотно упаковано, в основном с объемными гидрофобными аминокислотными остатками, хотя необходимо несколько глицинов, чтобы дать пространство для маневра для сильно ограниченного центра из 8 приблизительных повторов, чтобы соответствовать друг другу. В упаковочных взаимодействиях между цепями и спиралями также преобладает гидрофобность, и разветвленные алифатические остатки валина, лейцина и изолейцина составляют около 40% от общего количества остатков в β-цепях.

    По мере того, как наши знания о бесчисленном множестве структурных мотивов, обнаруженных в сокровищнице природы белковых структур, продолжают расти, мы продолжаем понимать, как структура белка связана с функцией, и мы можем лучше охарактеризовать вновь приобретенные последовательности белка с помощью in silico технологии.

    обратно в начало

    2,5 Структура третичного и четвертичного белка

    Полная трехмерная форма всего белка (или сумма всех вторичных структурных мотивов) известна как третичная структура белка и является уникальной и определяющей особенностью этого белка (Рисунок 2.27). В первую очередь, взаимодействия между группами R создают сложную трехмерную третичную структуру белка. Природа групп R, обнаруженных в задействованных аминокислотах, может противодействовать образованию водородных связей, описанных для стандартных вторичных структур, таких как альфа-спираль. Например, группы R с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, а группы с разными зарядами притягиваются друг к другу (ионные связи). Незаряженные неполярные боковые цепи могут образовывать гидрофобные взаимодействия.Взаимодействие между боковыми цепями цистеина может приводить к образованию дисульфидных связей.

    Рисунок 2.27. Структура третичного белка. Третичная структура белков определяется множеством химических взаимодействий. К ним относятся гидрофобные взаимодействия, ионные связи, водородные связи и дисульфидные связи.

    Изображение: Школа биомедицинских наук Wiki


    Все эти взаимодействия, слабые и сильные, определяют окончательную трехмерную форму белка.Когда белок теряет свою трехмерную форму, он обычно больше не функционирует.

    В природе некоторые белки образуются из нескольких полипептидов, также известных как субъединицы, и взаимодействие этих субъединиц образует четвертичную структуру . Слабые взаимодействия между субъединицами помогают стабилизировать общую структуру. Например, инсулин (глобулярный белок) имеет комбинацию водородных и дисульфидных связей, из-за которых он в основном собирается в шар.Инсулин начинается как единый полипептид и теряет некоторые внутренние последовательности во время клеточного процессинга, которые образуют две цепи, удерживаемые вместе дисульфидными связями, как показано на рисунке 2.14. Затем три из этих структур группируются, образуя неактивный гексамер (рис. 2.28). Гексамерная форма инсулина — это способ для организма хранить инсулин в стабильной и неактивной конформации, чтобы он был доступен для высвобождения и реактивации в мономерной форме.

    Рисунок 2.28 Инсулиновый гормон — хороший пример четвертичной структуры. Инсулин вырабатывается и хранится в организме в виде гексамера (единица из шести молекул инсулина), а активной формой является мономер. Гексамер представляет собой неактивную форму с долговременной стабильностью, которая служит средством защиты высокореактивного инсулина, но при этом остается легкодоступным.

    Рисунок: Исаак Йонемото


    Прогнозирование паттерна сворачивания белка на основе его первичной последовательности — чрезвычайно сложная задача из-за присущей аминокислотным остаткам гибкости, которые можно использовать для формирования различных вторичных признаков.Как описано Fujiwara и др., Классификация SCOP (структурная классификация белков) и SCOPe (расширенная версия) являются основными базами данных, предоставляющими подробные и всесторонние описания всех известных структур белков. Классификация SCOP основана на иерархических уровнях: первые два уровня, семейство и суперсемейство , описывают близкие и дальние эволюционные отношения, тогда как третий, крат , описывает геометрические отношения и структурные мотивы внутри белка.В рамках схемы складчатой ​​классификации большинство белков отнесено к одному из четырех структурных классов: (1) все α-спирали, (2) все β-листы, (3) α / β для белков с дисперсными структурами и (4) α + β для белков с участками, в которых преобладает тот или иной тип паттерна.

    На основании их формы, функции и местоположения белки в широком смысле могут быть охарактеризованы как волокнистые, глобулярные, мембранные или неупорядоченные.

    Волокнистые белки

    Волокнистые белки характеризуются удлиненными белковыми структурами.Эти типы белков часто объединяются в филаменты или пучки, образуя структурные каркасы в биологических системах. У животных два наиболее распространенных семейства волокнистых белков — это α-кератин и коллаген.

    α-кератин

    α-кератин — ключевой структурный элемент, из которого состоят волосы, ногти, рога, когти, копыта и внешний слой кожи. Благодаря своей плотно намотанной структуре, он может функционировать как один из самых прочных биологических материалов и находить различные применения у млекопитающих, от хищных когтей до волос для тепла.α-кератин синтезируется путем биосинтеза белка с использованием транскрипции и трансляции, но когда клетка созревает и наполняется α-кератином, она умирает, создавая прочную несосудистую единицу ороговевшей ткани.

    Первые последовательности α-кератинов были определены Ханукоглу и Фуксом. Эти последовательности показали, что существует два различных, но гомологичных семейства кератинов, которые были названы кератином типа I и кератином типа II. У человека 54 гена кератина, 28 из которых кодируют тип I, а 26 — тип II. Белки типа I являются кислыми, что означает, что они содержат больше кислых аминокислот, таких как аспарагиновая кислота, в то время как белки типа II являются основными, что означает, что они содержат больше основных аминокислот, таких как лизин. Эта дифференциация особенно важна для α-кератинов, потому что при синтезе его субъединицы димера, спиральной спирали , одна белковая спираль должна быть типа I, а другая — типа II (рис. 2.29). Даже в пределах типа I и II есть кислые и основные кератины, которые особенно дополняют друг друга в каждом организме.Например, в коже человека K5, α-кератин типа II, соединяется в основном с K14, α-кератином I типа, с образованием комплекса α-кератина клеточного слоя эпидермиса кожи.

    Димеры Coiled-coil затем собираются в протофиламенты, очень стабильный левосторонний сверхспиральный мотив, который далее мультимеризуется, образуя филаменты, состоящие из множества копий мономеров кератина (рис. 2.29). Основная сила, которая удерживает структуры coiled-coil, связанные друг с другом, — это гидрофобные взаимодействия между аполярными остатками вдоль спиральных сегментов кератина.

    Рисунок 2.29. Формирование промежуточной нити. Промежуточные филаменты состоят из супспирального комплекса α-кератина. Первоначально два мономера кератина (A) образуют структуру димера спиральной спирали (B) Два димера спиральной спирали соединяются, образуя шахматный тетрамер (C), тетрамеры начинают соединяться вместе (D), в конечном итоге формируя лист из восьми тетрамеров (E ). Затем лист из восьми тетрамеров скручивают в левую спираль, образуя конечную промежуточную нить (E). Электронная микрофотография промежуточной нити показана в верхнем левом углу.

    Автор изображения: Правительство США


    Коллаген

    Волокнистый белок Коллаген является наиболее распространенным белком у млекопитающих, составляя от 25% до 35% всего белка в организме. Он находится преимущественно во внеклеточном пространстве в различных соединительных тканях организма. Коллаген содержит уникальную четвертичную структуру из трех белковых цепей, соединенных вместе, образуя тройную спираль.В основном он находится в фиброзных тканях, таких как сухожилия, связки и кожа.

    В зависимости от степени минерализации коллагеновые ткани могут быть жесткими (кость), податливыми (сухожилия) или иметь градиент от жесткого к податливому (хрящ). Его также много в роговице, кровеносных сосудах, кишечнике, межпозвонковых дисках и дентине зубов. В мышечной ткани он служит основным компонентом эндомизия. Коллаген составляет от одного до двух процентов мышечной ткани и составляет 6% веса сильных сухожильных мышц.Фибробласт — наиболее распространенная клетка, вырабатывающая коллаген. Желатин, который используется в пище и промышленности, представляет собой необратимо гидролизованный коллаген. Кроме того, в качестве пищевых добавок используются порошки частично или полностью гидролизованного коллагена. Коллаген имеет множество медицинских применений при лечении костей и кожи.

    Название collagen происходит от греческого ( kólla ), что означает «клей», и суффикса -gen , что означает «производство». Это относится к раннему использованию соединения в процессе кипячения кожи и сухожилий лошадей и других животных для получения клея.

    Более 90% коллагена в организме человека относится к типу I. Однако по состоянию на 2011 год было идентифицировано, описано и разделено на несколько групп в соответствии с формируемой ими структурой 28 типов коллагена. Пять наиболее распространенных типов:

    • Тип I: кожа, сухожилие, сосудистая сеть, органы, кость (основной компонент органической части кости)
    • Тип II: хрящ (основной коллагеновый компонент хряща)
    • Тип III: сетчатый (основной компонент ретикулярных волокон), обычно встречается вместе с типом I
    • Тип IV: образует базальную пластинку, секретируемый эпителием слой базальной мембраны
    • Тип V: клеточные поверхности, волосы и плацента

    Здесь мы сосредоточимся на уникальных свойствах коллагена типа I.Коллаген I типа имеет необычный аминокислотный состав и последовательность:

    • Глицин содержится почти в каждом третьем остатке.
    • Пролин составляет около 17% коллагена.
    • Коллаген содержит две необычные производные аминокислоты, не вставленные непосредственно во время трансляции. Эти аминокислоты находятся в определенных местах относительно глицина и посттрансляционно модифицируются различными ферментами, оба из которых требуют витамина С в качестве кофактора (рис. 2.30).
      • Гидроксипролин, производный от пролина
      • Гидроксилизин, полученный из лизина — в зависимости от типа коллагена различное количество гидроксилизинов гликозилировано (в основном с присоединенными дисахаридами).

    Рисунок 2.30. Гидроксилирование пролина и лизина во время посттрансляционной модификации коллагена типа I. Ферменты пролилгидроксилаза и лизилгидроксилаза необходимы для гидроксилирования остатков пролина (A) и лизина (B) соответственно. (Примечание: хотя положение 3 показано выше, пролиловые остатки альтернативно могут быть гидроксилированы в положении 4). Ферменты гидроксилазы модифицируют аминокислотные остатки после того, как они были включены в белок в качестве посттрансляционной модификации, и требуют витамина С (аскорбата) в качестве кофактора.(C) Дальнейшая модификация остатков гидроксилизина путем гликозилирования может привести к включению дисахарида (галактоза-глюкоза) в гидрокси-кислород.


    Большинство коллагена образуется аналогичным образом. Процесс синтеза коллагена типа I описан ниже и демонстрирует сложность сворачивания и обработки белка (рис. 2.31).

    1. Внутри камеры
      1. Во время трансляции на рибосомах вдоль грубого эндоплазматического ретикулума (RER) образуются альфа-цепи двух типов: альфа-1 и альфа-2 цепи.Эти пептидные цепи (известные как препроколлаген) имеют регистрирующие пептиды на каждом конце и сигнальный пептид.
      2. Полипептидные цепи высвобождаются в просвет RER.
      3. Сигнальные пептиды расщепляются внутри RER, и теперь эти цепи известны как про-альфа-цепи.
      4. Внутри просвета происходит гидроксилирование аминокислот лизина и пролина. Этот процесс зависит от кофактора аскорбиновой кислоты (витамина С).
      5. Происходит гликозилирование определенных остатков гидроксилизина.
      6. Тройная альфа-спиральная структура образована внутри эндоплазматического ретикулума из двух цепей альфа-1 и одной цепи альфа-2.
      7. Проколлаген доставляется в аппарат Гольджи, где он упаковывается и секретируется путем экзоцитоза.
    2. Вне камеры
      1. Регистрационные пептиды расщепляются, а тропоколлаген образуется проколлагеновой пептидазой.
      2. Множественные молекулы тропоколлагена образуют фибриллы коллагена посредством ковалентного сшивания (альдольная реакция) лизилоксидазой, которая связывает остатки гидроксилизина и лизина.Множественные коллагеновые фибриллы образуют коллагеновые волокна.
      3. Коллаген может быть прикреплен к клеточным мембранам через несколько типов белков, включая фибронектин, ламинин, фибулин и интегрин.


    Рисунок 2.31. Синтез коллагена типа I. Полипептидные цепи синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и высвобождаются в просвет, где они гидроксилируются и гликозилируются. Тройная спираль проколлагена формируется и транспортируется через аппарат Гольджи, где подвергается дальнейшей обработке.Проколлаген секретируется во внеклеточный матрикс, где расщепляется на тропоколлаген. Тропоколлаген собирается в коллагеновые фибриллы, где происходит сшивание и водородные связи с образованием конечного коллагенового волокна.

    Изображение изменено: E.V. Вонг и Британская энциклопедия


    Дефицит витамина С вызывает цингу, серьезное и болезненное заболевание, при котором дефектный коллаген препятствует образованию прочной соединительной ткани. Десны портятся и кровоточат, с потерей зубов; кожа меняет цвет, а раны не заживают.До 18 века это состояние было печально известно среди длительных военных, особенно военно-морских, экспедиций, во время которых участников лишали продуктов, содержащих витамин С.

    Аутоиммунное заболевание, такое как красная волчанка или ревматоидный артрит, может поражать здоровые коллагеновые волокна. Кортизол стимулирует расщепление коллагена до аминокислот, предполагая, что стресс может усугубить эти болезненные состояния.

    Многие бактерии и вирусы выделяют факторы вирулентности, такие как фермент коллагеназа, который разрушает коллаген или препятствует его производству.

    обратно в начало
    Глобулярные белки

    Глобулярные белки или сферопротеины представляют собой сферические («шарообразные») белки и являются одним из распространенных типов белков. Глобулярные белки в некоторой степени растворимы в воде (образуют коллоиды в воде), в отличие от волокнистых или мембранных белков. Существует несколько классов складок глобулярных белков, поскольку существует множество различных архитектур, которые могут складываться в примерно сферическую форму.

    Термин глобин может более конкретно относиться к белкам, включая глобиновую складку. Глобиновая складка представляет собой обычную трехмерную складку в белках и определяет суперсемейство глобиноподобных белков (рис. 2.32). Эта складка обычно состоит из восьми альфа-спиралей, хотя некоторые белки имеют дополнительные удлинения спирали на концах. Глобиновая складка находится в одноименных семействах белков глобина: гемоглобинах и миоглобинах, а также в фикоцианинах.Поскольку миоглобин был первым белком, структура которого была решена, глобиновая складка была, таким образом, первой обнаруженной белковой складкой. Поскольку глобиновая складка содержит только спирали, она классифицируется как полностью альфа-белковая складка.

    Рисунок 2.32 Глобиновая складка. (A) Пример глобиновой складки, переносящего кислород белка миоглобина (PBD ID 1MBA) из моллюска Aplysia limacina. (B) Структура тетрамерного белка гемоглобина, содержащего в общей сложности четыре глобиновых складки.

    Изображение A: Википедия Изображение B: Zephyris


    Термин глобулярный белок довольно старый (датируется, вероятно, 19-м веком) и теперь несколько архаичен, учитывая сотни тысяч белков и более элегантный и описательный словарь структурных мотивов. Сферическая структура индуцируется третичной структурой белка. Неполярные (гидрофобные) аминокислоты молекулы связаны внутри молекулы, тогда как полярные (гидрофильные) аминокислоты связаны снаружи, что позволяет диполь-дипольным взаимодействиям с растворителем, что объясняет растворимость молекулы.

    В отличие от волокнистых белков, которые выполняют преобладающую структурную функцию, глобулярные белки могут действовать как:

    • Ферменты, катализируя органические реакции, происходящие в организме в мягких условиях и с высокой специфичностью. Эту роль выполняют разные эстеразы.
    • Посланники, передающие сообщения для регулирования биологических процессов. Эту функцию выполняют гормоны, то есть инсулин и т. Д.
    • Транспортеры других молекул через мембраны
    • Запасы аминокислот.
    • Регуляторные роли также выполняют глобулярные белки, а не волокнистые белки.
    • Структурные белки, например актин и тубулин, которые являются глобулярными и растворимыми как мономеры, но полимеризуются с образованием длинных жестких волокон

    Многие из белков, которые будут подробно описаны в следующих главах, относятся к этому классу белков.

    Мембранные белки

    Мембранные белки — это белки, которые являются частью биологических мембран или взаимодействуют с ними.Они включают: 1) интегральные мембранные белки, которые являются частью мембраны или постоянно прикреплены к ней, и 2) периферические мембранные белки, которые временно прикрепляются к мембране через интегральные белки или липидный бислой. Интегральные мембранные белки далее классифицируются как трансмембранные белки, которые проходят через мембрану, или интегральные монотопные белки, которые прикрепляются только к одной стороне мембраны.

    Мембранные белки, такие как растворимые глобулярные белки, волокнистые белки и неупорядоченные белки, являются обычными. Обладая символической важностью в медицине, мембранные белки являются мишенью для более 50% всех современных лекарственных препаратов. Подсчитано, что 20–30% всех генов в большинстве геномов кодируют мембранные белки. По сравнению с другими классами белков, определение структур мембранных белков остается проблемой в значительной степени из-за сложности создания экспериментальных условий, которые могут сохранить правильную конформацию белка в изоляции от его естественной среды (рис. 2.33).

    Мембранные белки выполняют множество функций, жизненно важных для выживания организмов:

    • Белки мембранных рецепторов передают сигналы между внутренней и внешней средой клетки.
    • Транспортные белки перемещают молекулы и ионы через мембрану. Их можно разделить на категории в соответствии с базой данных классификации транспортеров.
    • Мембранные ферменты могут обладать многими активностями, такими как оксидоредуктаза, трансфераза или гидролаза.
    • Молекулы клеточной адгезии позволяют клеткам идентифицировать друг друга и взаимодействовать.Например, белки, участвующие в иммунном ответе.

    Рис. 2.33. Схематическое изображение трансмембранных белков. 1. одиночная трансмембранная α-спираль (битопический мембранный белок) 2. политопный трансмембранный α-спиральный белок 3. политопный трансмембранный β-листовой белок. Мембрана представлена ​​светло-коричневым цветом.

    Интегральные мембранные белки постоянно прикреплены к мембране. Такие белки можно отделить от биологических мембран только с использованием детергентов, неполярных растворителей или иногда денатурирующих агентов.Их можно классифицировать в зависимости от их отношения к бислою:

    • Интегральные политопные белки — это трансмембранные белки, которые проходят через мембрану более одного раза. Эти белки могут иметь различную трансмембранную топологию. Эти белки имеют одну из двух структурных архитектур:
      • белков спирального пучка, которые присутствуют во всех типах биологических мембран;
      • бета-цилиндрических белков, которые обнаружены только в наружных мембранах грамотрицательных бактерий, а также в наружных мембранах митохондрий и хлоропластов.
    • Битопические белки — это трансмембранные белки, которые проходят через мембрану только один раз. Трансмембранные спирали этих белков имеют значительно отличающиеся распределения аминокислот от трансмембранных спиралей политопных белков.
    • Интегральные монотопные белки представляют собой интегральные мембранные белки, которые прикреплены только к одной стороне мембраны и не охватывают весь путь.

    Рисунок 2.34 Схематическое изображение различных типов взаимодействия между монотопными мембранными белками и клеточной мембраной. 1. взаимодействие амфипатической α-спирали, параллельной плоскости мембраны (плоская спираль мембраны) 2. взаимодействие гидрофобной петлей 3. взаимодействие ковалентно связанного липида мембраны ( липидирование ) 4. электростатические или ионные взаимодействия с мембранные липиды.

    Автор изображения: : Foobar


    Белки периферической мембраны временно присоединяются либо к липидному бислою, либо к интегральным белкам за счет комбинации гидрофобных, электростатических и других нековалентных взаимодействий.Периферические белки диссоциируют после обработки полярным реагентом, например раствором с повышенным pH или высокой концентрацией соли.

    Интегральные и периферические белки могут быть посттрансляционно модифицированы с добавлением жирных кислот, диацилглицерина или пренильных цепей или GPI (гликозилфосфатидилинозитол), которые могут быть закреплены в липидном бислое.

    Неупорядоченные белки

    Внутренне неупорядоченный белок ( IDP ) — это белок, не имеющий фиксированной или упорядоченной трехмерной структуры (Рисунок 2.35). IDP охватывают спектр состояний от полностью неструктурированного до частично структурированного и включают случайные клубки, (предварительно) расплавленные глобулы и большие многодоменные белки, соединенные гибкими линкерами. Они составляют один из основных типов белков (наряду с глобулярными, волокнистыми и мембранными белками).

    Рис. 2.35. Конформационная гибкость в белке SUMO-1 (PDB: 1a5r). Центральная часть показывает относительно упорядоченную структуру. Напротив, N- и C-концевые области (левая и правая соответственно) демонстрируют «внутреннее нарушение», хотя короткая спиральная область сохраняется в N-концевом хвосте.Были преобразованы десять альтернативных моделей ЯМР. Элементы вторичной структуры: α-спирали (красные), β-тяжи (синие стрелки).

    Автор изображения: Лукаш Козловский


    Открытие IDP бросило вызов традиционной парадигме структуры белка, согласно которой функция белка зависит от фиксированной трехмерной структуры. Эта догма была поставлена ​​под сомнение в течение последних двадцати лет из-за растущего количества данных из различных областей структурной биологии, предполагающих, что динамика белков может иметь большое значение для таких систем.Несмотря на отсутствие стабильной структуры, IDP представляют собой очень большой и функционально важный класс белков. В некоторых случаях IDP могут принимать фиксированную трехмерную структуру после связывания с другими макромолекулами. В целом, IDP во многом отличаются от структурированных белков и, как правило, обладают различными свойствами с точки зрения функции, структуры, последовательности, взаимодействий, эволюции и регуляции.

    В 1930-1950 годах первые структуры белка были решены с помощью кристаллографии белков.Эти ранние структуры предполагали, что фиксированная трехмерная структура может обычно требоваться для обеспечения биологических функций белков. Утверждая, что белки имеют только одну однозначно определенную конфигурацию, Мирски и Полинг не признали, что работа Фишера поддержала бы их тезис с его моделью «Замок и ключ» (1894). Эти публикации закрепили центральную догму молекулярной биологии в том, что последовательность определяет структуру, которая, в свою очередь, определяет функцию белков.В 1950 году Каруш написал о «конфигурационной адаптивности», что противоречит всем предположениям и исследованиям XIX века. Он был убежден, что белки имеют более одной конфигурации на одном уровне энергии и могут выбирать одну при связывании с другими субстратами. В 1960-х годах парадокс Левинталя предположил, что систематический конформационный поиск длинного полипептида вряд ли приведет к единственной свернутой структуре белка в биологически релевантных временных масштабах (то есть от секунд до минут). Любопытно, что для многих (небольших) белков или белковых доменов можно наблюдать относительно быструю и эффективную рефолдинг in vitro .Как указано в «Догме Анфинсена» 1973 года, фиксированная трехмерная структура этих белков уникально кодируется в их первичной структуре (аминокислотной последовательности), является кинетически доступной и стабильной в ряде (близких) физиологических условий и, следовательно, может рассматриваться как нативное состояние таких «упорядоченных» белков.

    В последующие десятилетия, однако, многие крупные белковые области не могли быть отнесены к рентгеновским наборам данных, что указывает на то, что они занимают несколько позиций, которые усредняются на картах электронной плотности.Отсутствие фиксированных уникальных положений относительно кристаллической решетки предполагало, что эти области были «неупорядоченными». Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков также продемонстрировала наличие больших гибких линкеров и концов во многих решенных структурных ансамблях. В настоящее время общепринято, что белки существуют как ансамбль подобных структур с некоторыми областями более ограниченными, чем другие. Внутренне неструктурированные белки (IUP) занимают крайний конец этого спектра гибкости, тогда как IDP также включают белки со значительной тенденцией к локальной структуре или гибкими многодоменными сборками.Эти высокодинамичные неупорядоченные области белков впоследствии были связаны с функционально важными явлениями, такими как аллостерическая регуляция и ферментативный катализ.

    Многие неупорядоченные белки обладают аффинностью связывания со своими рецепторами, регулируемыми посттрансляционной модификацией, поэтому было высказано предположение, что гибкость неупорядоченных белков облегчает различные конформационные требования для связывания модифицирующих ферментов, а также их рецепторов. Внутреннее нарушение особенно обогащено белками, участвующими в передаче клеточных сигналов, транскрипции и ремоделировании хроматина.

    Гибкие линкеры

    Неупорядоченные области часто встречаются в виде гибких линкеров или петель, соединяющих домены. Линкерные последовательности сильно различаются по длине, но обычно богаты полярными незаряженными аминокислотами. Гибкие линкеры позволяют соединяющим доменам свободно скручиваться и вращаться, чтобы рекрутировать своих связывающих партнеров через динамику белковых доменов. Они также позволяют своим партнерам по связыванию вызывать более крупномасштабные конформационные изменения с помощью аллостерии на большие расстояния.

    Линейные мотивы

    Линейные мотивы — это короткие неупорядоченные сегменты белков, которые опосредуют функциональные взаимодействия с другими белками или другими биомолекулами (РНК, ДНК, сахарами и т. Д.).). Многие роли линейных мотивов связаны с клеточной регуляцией, например, с контролем формы клетки, субклеточной локализацией отдельных белков и регулируемым обменом белков. Часто посттрансляционные модификации, такие как фосфорилирование, настраивают сродство (не редко на несколько порядков величины) отдельных линейных мотивов к специфическим взаимодействиям. В отличие от глобулярных белков IDP не имеют пространственно расположенных активных карманов. Тем не менее, в 80% IDP (~ 3 дюжины), подвергнутых детальной структурной характеристике с помощью ЯМР, присутствуют линейные мотивы, названные PreSMos (предварительно структурированные мотивы), которые являются временными вторичными структурными элементами, примированными для распознавания мишени.В нескольких случаях было продемонстрировано, что эти временные структуры становятся полными и стабильными вторичными структурами, например спиралями, после связывания мишени. Следовательно, PreSMos являются предполагаемыми активными сайтами IDP.

    Фальцовка и переплет вместе

    Многие неструктурированные белки претерпевают переходы в более упорядоченные состояния при связывании со своими мишенями. Спаренная укладка и связывание могут быть локальными, с участием только нескольких взаимодействующих остатков, или с участием всего белкового домена.Недавно было показано, что спаренная укладка и связывание позволяют захоронить большую площадь поверхности, что было бы возможно только для полностью структурированных белков, если бы они были намного больше. Более того, определенные неупорядоченные области могут служить «молекулярными переключателями» в регуляции определенных биологических функций, переключаясь на упорядоченную конформацию при молекулярном распознавании, например, при связывании малых молекул, связывании ДНК / РНК, ионных взаимодействиях.

    Нарушение связанного состояния (нечеткие комплексы)

    Внутренне неупорядоченные белки могут сохранять свою конформационную свободу, даже если они специфически связываются с другими белками.Структурный беспорядок в связанном состоянии может быть статическим или динамическим. В нечетких комплексах структурная множественность необходима для функционирования, а манипуляции с связанной неупорядоченной областью изменяют активность. Конформационный ансамбль комплекса модулируется посредством посттрансляционных модификаций или белковых взаимодействий. Специфичность ДНК-связывающих белков часто зависит от длины нечетких областей, которая варьируется путем альтернативного сплайсинга. Внутренне неупорядоченные белки адаптируют множество различных структур in vivo в соответствии с условиями клетки, создавая структурный или конформационный ансамбль.

    Следовательно, их структуры сильно функционально связаны. Однако только несколько белков полностью неупорядочены в своем естественном состоянии. Нарушение в основном обнаруживается в внутренне неупорядоченных областях (IDR) внутри хорошо структурированного белка. Термин «внутренне неупорядоченный белок» (IDP), следовательно, включает белки, которые содержат IDR, а также полностью неупорядоченные белки.

    Наличие и вид белкового нарушения кодируется его аминокислотной последовательностью.В целом, IDP характеризуются низким содержанием объемных гидрофобных аминокислот и высокой долей полярных и заряженных аминокислот, обычно называемой низкой гидрофобностью. Это свойство приводит к хорошему взаимодействию с водой. Кроме того, высокие чистые заряды способствуют беспорядку из-за электростатического отталкивания, возникающего из-за одинаково заряженных остатков. Таким образом, неупорядоченные последовательности не могут в достаточной степени скрыть гидрофобное ядро, чтобы сложиться в стабильные глобулярные белки. В некоторых случаях гидрофобные кластеры в неупорядоченных последовательностях дают ключи для идентификации областей, которые подвергаются сопряженной укладке и связыванию (см. Биологические роли).

    Многие неупорядоченные белки обнаруживают области без какой-либо регулярной вторичной структуры. Эти области можно назвать гибкими по сравнению со структурированными петлями. В то время как последние являются жесткими и содержат только один набор углов Рамачандрана, IDP включают несколько наборов углов. Термин гибкость также используется для хорошо структурированных белков, но описывает другое явление в контексте неупорядоченных белков. Гибкость структурированных белков связана с равновесным состоянием, в то время как у ВПЛ это не так.Многие неупорядоченные белки также обнаруживают последовательности низкой сложности, то есть последовательности с избыточным представлением нескольких остатков. Хотя последовательности низкой сложности являются сильным признаком нарушения, обратное не обязательно верно, то есть не все неупорядоченные белки имеют последовательности низкой сложности. Неупорядоченные белки имеют низкое содержание предсказанной вторичной структуры.

    обратно в начало

    2.6 Сворачивание, денатурация и гидролиз белков

    Сворачивание белка — это физический процесс, посредством которого белковая цепь приобретает свою естественную трехмерную структуру, конформацию, которая обычно является биологически функциональной, быстрым и воспроизводимым образом (Рисунок 2.36). Это физический процесс, с помощью которого полипептид сворачивается в свою характерную и функциональную трехмерную структуру из случайного клубка. Каждый белок существует в виде развернутого полипептида или случайной спирали при трансляции из последовательности мРНК в линейную цепочку аминокислот. У этого полипептида отсутствует какая-либо стабильная (долговечная) трехмерная структура (левая часть первого рисунка). Поскольку полипептидная цепь синтезируется рибосомой, линейная цепь начинает складываться в свою трехмерную структуру.Сворачивание начинает происходить даже при трансляции полипептидной цепи. Аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя четко определенную трехмерную структуру, свернутый белок (правая часть рисунка), известный как нативное состояние. Полученная трехмерная структура определяется аминокислотной последовательностью или первичной структурой (догма Анфинсена).

    Рисунок 2.36 Белок до и после сворачивания

    Автор изображения: DrKjaergaard


    Правильная трехмерная структура важна для функционирования, хотя некоторые части функциональных белков могут оставаться развернутыми или, как в случае IDP, оставаться гибкими, поэтому динамика белков важна.Неспособность свернуться в нативную структуру обычно приводит к образованию неактивных белков, но в некоторых случаях неправильно свернутые белки имеют модифицированную или токсичную функциональность. Считается, что несколько нейродегенеративных и других заболеваний являются результатом накопления неправильно свернутых белков, таких как амилоидные фибриллы, обнаруженные у пациентов с болезнью Альцгеймера.

    Сворачивание — это спонтанный процесс, который в основном управляется гидрофобными взаимодействиями, образованием внутримолекулярных водородных связей, силами Ван-дер-Ваальса, и ему противостоит конформационная энтропия.Процесс сворачивания часто начинается совместно с трансляцией, так что N-конец белка начинает сворачиваться, в то время как C-концевой участок белка все еще синтезируется рибосомой; однако молекула белка может самопроизвольно складываться во время или после биосинтеза. Хотя эти макромолекулы можно рассматривать как «сворачивающиеся сами по себе», процесс также зависит от растворителя (вода или липидный бислой), концентрации солей, pH, температуры, возможного присутствия кофакторов и молекулярных шаперонов.Белки будут иметь ограничения на их способность к складыванию из-за ограниченных углов изгиба или возможных конформаций, как описано в графике Рамачандрана.

    Рисунок 2.37 Гидрофобный коллапс. В компактной складке (справа) гидрофобные аминокислоты (показаны черными сферами) схлопываются к центру, чтобы защитить себя от водной среды.

    Изображение: Tomixdf

    Сворачивание белка должно быть термодинамически благоприятным внутри клетки, чтобы реакция была спонтанной.Поскольку известно, что сворачивание белка является спонтанной реакцией, оно должно принимать отрицательное значение свободной энергии Гиббса. Свободная энергия Гиббса при сворачивании белка напрямую связана с энтальпией и энтропией. Для возникновения отрицательного значения ΔG и для того, чтобы сворачивание белка стало термодинамически благоприятным, тогда либо энтальпия, либо энтропия, либо оба условия должны быть благоприятными.

    Сведение к минимуму количества гидрофобных боковых цепей, подверженных воздействию воды, является важной движущей силой процесса складывания. Гидрофобный эффект (рис. 2.37) — это явление, при котором гидрофобные цепи белка схлопываются в ядро ​​белка (вдали от гидрофильной среды). В водной среде молекулы воды имеют тенденцию собираться вокруг гидрофобных областей или боковых цепей белка, создавая водные оболочки из упорядоченных молекул воды. Упорядочение молекул воды вокруг гидрофобной области увеличивает порядок в системе и, следовательно, способствует отрицательному изменению энтропии (уменьшению энтропии в системе).Молекулы воды фиксируются в этих водных клетках, что приводит к гидрофобному коллапсу или сворачиванию внутрь гидрофобных групп (рис. 2.38).

    Рис. 2.38. Образование клатрата воды. Хлороформ является гидрофобным соединением, таким образом, когда он растворяется в воде с образованием гидрата, гидрофобная гидратация сопровождается отрицательным изменением энтропии из-за повышенного порядка в окружающей воде и положительного изменения теплоемкости, что часто приводит к положительному ΔG. Подобные водные клетки могут объединяться вокруг гидрофобных белковых остатков перед правильным сворачиванием.


    Гидрофобный коллапс возвращает энтропию в систему за счет разрушения водяных клеток, что освобождает упорядоченные молекулы воды. Множество гидрофобных групп, взаимодействующих внутри ядра глобулярного свернутого белка, вносит значительный вклад в стабильность белка после сворачивания из-за сильно накопленных сил Ван-дер-Ваальса (в частности, сил Лондонской дисперсии).Гидрофобный эффект существует как движущая сила в термодинамике только при наличии водной среды с амфифильной молекулой, содержащей большую гидрофобную область. Прочность водородных связей зависит от их окружения; таким образом, водородные связи, заключенные в гидрофобное ядро, вносят больший вклад, чем водородные связи, находящиеся в водной среде, для стабильности нативного состояния.

    Шапероны

    Молекулярные шапероны представляют собой класс белков, которые помогают в правильном сворачивании других белков in vivo (Рисунок 2.39). Шапероны существуют во всех клеточных компартментах и ​​взаимодействуют с полипептидной цепью, чтобы позволить сформироваться нативной трехмерной конформации белка; однако сами шапероны не включены в окончательную структуру белка, которому они помогают. Шапероны могут способствовать сворачиванию, даже когда возникающий полипептид синтезируется рибосомой. Молекулярные шапероны действуют путем связывания для стабилизации нестабильной в других отношениях структуры белка в его пути фолдинга, но шапероны не содержат необходимой информации, чтобы знать правильную нативную структуру белка, которому они помогают; скорее, шапероны работают, предотвращая неправильные складчатые конформации.

    Рис. 2.39. Вид сверху комплекса бактериальных шаперонов GroES / GroEL, модель

    Автор изображения: Википедия


    Таким образом, шапероны на самом деле не увеличивают частоту отдельных шагов, участвующих в пути сворачивания к нативной структуре; вместо этого они работают, уменьшая возможные нежелательные агрегации полипептидной цепи, которые в противном случае могли бы замедлить поиск подходящего промежуточного соединения, и они обеспечивают более эффективный путь для полипептидной цепи, чтобы принять правильные конформации.Шапероны не следует путать с катализаторами сворачивания, которые на самом деле катализируют медленные в противном случае шаги в пути сворачивания. Примерами катализаторов фолдинга являются протеин-дисульфидные изомеразы и пептидил-пролилизомеразы, которые могут участвовать в образовании дисульфидных связей или взаимном превращении между стереоизомерами цис и транс соответственно.

    Показано, что шапероны

    имеют решающее значение в процессе сворачивания белка in vivo , потому что они обеспечивают белок с помощью, необходимой для принятия его правильных выравниваний и конформаций, достаточно эффективно, чтобы стать «биологически релевантными».Это означает, что полипептидная цепь теоретически может складываться в свою нативную структуру без помощи шаперонов, как продемонстрировали эксперименты по укладке белков, проведенные in vitro ; , однако, этот процесс оказывается слишком неэффективным или слишком медленным, чтобы существовать в биологических системах; следовательно, шапероны необходимы для сворачивания белка in vivo. Наряду со своей ролью в содействии формированию нативных структур, шапероны, как было показано, участвуют в различных ролях, таких как транспорт белков, деградация, и даже позволяют денатурированным белкам, подвергшимся воздействию определенных внешних денатурирующих факторов, возможность повторно складываться в их правильные нативные структуры.

    Денатурация белка

    Полностью денатурированный белок не имеет ни третичной, ни вторичной структуры, однако последовательность первичного белка остается нетронутой, и белок существует в виде случайной спирали (рис. 2.39). При определенных условиях некоторые белки могут складываться заново; однако во многих случаях денатурация необратима. Клетки иногда защищают свои белки от денатурирующего воздействия тепла с помощью ферментов, известных как белков теплового шока (тип шаперона), , которые помогают другим белкам как в сворачивании, так и в том, чтобы оставаться свернутыми (Рисунок 2.40). Белки теплового шока экспрессируются в ответ на повышенные температуры или другие стрессы. Некоторые белки вообще никогда не сворачиваются в клетках, кроме как с помощью шаперонов, которые либо изолируют отдельные белки, чтобы их сворачивание не прерывалось взаимодействиями с другими белками, либо помогают разворачивать неправильно свернутые белки, позволяя им повторно складываться в правильную нативную структуру. Эта функция имеет решающее значение для предотвращения риска осаждения в нерастворимые аморфные агрегаты.

    Рисунок 2.40 Денатурация белка. На рисунке (1) изображен правильно свернутый интактный белок. На этапе (2) к системе подводится тепло, превышающее порог поддержания внутримолекулярных белковых взаимодействий. На этапе (3) показан развернутый или денатурированный белок. Цветные области денатурированного белка соответствуют окрашенным областям нативно свернутого белка, показанного на (1).

    Схема предоставлена: Scurran15


    Внешние факторы, участвующие в денатурации белка или нарушении нативного состояния, включают температуру, внешние поля (электрические, магнитные), скученность молекул и даже ограничение пространства, которые могут иметь большое влияние на сворачивание белков.Высокие концентрации растворенных веществ, экстремальные значения pH, механические силы и присутствие химических денатурирующих веществ также могут способствовать денатурации белка. Эти отдельные факторы вместе классифицируются как стрессы. Показано, что шапероны существуют в возрастающих концентрациях во время клеточного стресса и помогают правильному сворачиванию возникающих белков, а также денатурированных или неправильно свернутых.

    При некоторых условиях белки не сворачиваются в свои биохимически функциональные формы.Температуры выше или ниже диапазона, в котором обычно живут клетки, вызывают разворачивание или денатурирование термически нестабильных белков (вот почему кипячение делает яичный белок непрозрачным). Однако термостабильность белков далеко не постоянна; например, были обнаружены гипертермофильные бактерии, которые растут при температурах до 122 ° C, что, конечно, требует, чтобы их полный набор жизненно важных белков и белковых ансамблей был стабильным при этой температуре или выше.

    Гидолиз

    Гидролиз — это разрушение последовательности первичного белка путем добавления воды для преобразования отдельных мономерных звеньев аминокислот (рисунок 2.41).

    Рисунок 2.41 Гидролиз белков. В реакции гидролиза вода добавляется через амидную связь, включающую группу -ОН с карбонильным углеродом и реформируя карбоновую кислоту. Водород из воды преобразовывает амин.


    Белки участвуют во многих клеточных функциях. Белки могут действовать как ферменты, которые увеличивают скорость химических реакций. Фактически, 99% ферментативных реакций внутри клетки опосредуются белками.Таким образом, они являются неотъемлемой частью процессов создания или разрушения клеточных компонентов. Белки также могут действовать как структурный каркас внутри клетки, помогая поддерживать клеточную форму. Белки также могут участвовать в клеточной передаче сигналов и коммуникации, а также в переносе молекул из одного места в другое. В экстремальных обстоятельствах, таких как голодание, белки также могут использоваться в качестве источника энергии внутри клетки.

    обратно в начало

    2.7 источников

    OpenStax, Белки. OpenStax CNX. 30 сентября 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]

    Файл: Хиральность руками.jpg. (2017, 16 сентября). Wikimedia Commons, бесплатное хранилище мультимедиа . Получено 17:34, 10 июля 2019 г. с сайта https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Chirality_with_hands.jpg&oldid=258750003.

    авторов Википедии. (2019, 6 июля). Цвиттерион. В Википедия, Бесплатная энциклопедия .Получено 21:48, 10 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Zwitterion&oldid=9721

    .

    авторов Википедии. (2019, 8 июля). Абсолютная конфигурация. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 15:28, 14 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Absolute_configuration&oldid=2423

    .

    Структурная биохимия / фермент / активный сайт. (2019, 1 июля). Викиучебники, бесплатный учебник, проект . Получено 16:55, 16 июля 2019 г., с сайта https: // en.wikibooks.org/w/index.php?title=Structural_Biochemistry/Enzyme/Active_Site&oldid=3555410.

    Структурная биохимия / Белки. (2019, 24 марта). Викиучебники, бесплатный учебник, проект . Получено в 19:16, 18 июля 2019 г., с сайта https://en.wikibooks.org/w/index.php?title=Structural_Biochemistry/Proteins&oldid=3529061.

    Fujiwara, K., Toda, H., and Ikeguchi, M. (2012) Зависимость склонности аминокислот к α-спирали и β-слою от общего типа белковой складки. BMC Структурная биология 12:18.Доступно по адресу: https://bmcstructbiol.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/1472-6807-12-18

    авторов Википедии. (2019, 16 июля). Кератин. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено 17:50, 19 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Keratin&oldid=

    8340

    .

    авторов Википедии. (2019, 13 июля). Альфа-кератин. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 18:17, 19 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php? title = Альфа-кератин & oldid = 7410

    Инициатива открытого обучения. (2019) Покровные уровни организации. Университет Карнеги Меллон. В анатомии и физиологии. Доступно по адресу: https://oli.cmu.edu/jcourse/webui/syllabus/module.do?context=43480020ca6010f804da8baf7ba.

    авторов Википедии. (2019, 16 июля). Коллаген. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 03:42, 20 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Collagen&oldid=

    9954

    .

    авторов Википедии.(2019, 2 июля). Россманн фолд. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 16:01, 20 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rossmann_fold&oldid=8788

    .

    авторов Википедии. (2019, 30 мая). Ствол ТИМ. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 16:46, 20 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=TIM_barrel&oldid=899459569

    .

    авторов Википедии. (2019, 16 июля). Сворачивание белков. В Википедия, Бесплатная энциклопедия .Получено 18:30, 20 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Protein_folding&oldid=4145

    .

    авторов Википедии. (2019, 11 июня). Глобулярный белок. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 18:49, 20 июля 2019 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Globular_protein&oldid=0467

    .

    авторов Википедии. (2019, 11 июля). Внутренне неупорядоченные белки. В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено 19:52, 20 июля 2019 г., с https: // en.wikipedia.org/w/index.php?title=Intrinsically_disordered_proteins&oldid=2287

    белков | Безграничная биология

    Типы и функции белков

    Белки выполняют множество важных физиологических функций, в том числе катализируют биохимические реакции.

    Цели обучения

    Различать типы и функции белков

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Белки необходимы для основных физиологических процессов жизни и выполняют функции во всех системах человеческого тела.
    • Форма белка определяет его функцию.
    • Белки состоят из аминокислотных субъединиц, которые образуют полипептидные цепи.
    • Ферменты катализируют биохимические реакции, ускоряя химические реакции, и могут либо разрушать свой субстрат, либо строить более крупные молекулы из субстрата.
    • Форма активного центра фермента соответствует форме субстрата.
    • Гормоны — это тип белков, используемых для передачи сигналов и коммуникации клеток.
    Ключевые термины
    • аминокислота : Любая из 20 встречающихся в природе α-аминокислот (имеющих амино- и карбоксильные группы на одном атоме углерода) и различных боковых цепей, которые объединяются через пептидные связи с образованием белков.
    • полипептид : любой полимер (одинаковых или разных) аминокислот, соединенных пептидными связями.
    • Catalyze : для ускорения процесса.

    Типы и функции белков

    Белки выполняют важные функции во всех системах человеческого тела. Эти длинные цепи аминокислот критически важны для:

    • катализирующие химические реакции
    • синтез и восстановление ДНК
    • транспортировка материалов по ячейке
    • прием и отправка химических сигналов
    • отвечает на раздражители
    • обеспечивает структурную поддержку

    Белки (полимеры) представляют собой макромолекулы, состоящие из аминокислотных субъединиц (мономеров).Эти аминокислоты ковалентно связаны друг с другом с образованием длинных линейных цепей, называемых полипептидами, которые затем складываются в определенную трехмерную форму. Иногда эти свернутые полипептидные цепи функционируют сами по себе. В других случаях они объединяются с дополнительными полипептидными цепями, чтобы сформировать окончательную структуру белка. Иногда в конечном белке также требуются неполипептидные группы. Например, гемогобин белка крови состоит из четырех полипептидных цепей, каждая из которых также содержит молекулу гема, имеющую кольцевую структуру с атомом железа в центре.

    Белки имеют разную форму и молекулярную массу в зависимости от аминокислотной последовательности. Например, гемоглобин представляет собой глобулярный белок, что означает, что он сворачивается в компактную шарообразную структуру, но коллаген, обнаруженный в нашей коже, представляет собой волокнистый белок, что означает, что он складывается в длинную вытянутую волокнистую цепочку. Вы, вероятно, похожи на членов своей семьи, потому что у вас одинаковые белки, но вы выглядите иначе, чем посторонние, потому что белки в ваших глазах, волосах и остальном теле различны.

    Гемоглобин человека : Структура гемоглобина человека. Α- и β-субъединицы белков выделены красным и синим цветом, а железосодержащие гемовые группы — зеленым. Из базы данных по белкам.

    Поскольку форма определяет функцию, любое небольшое изменение формы белка может привести к нарушению функции белка. Небольшие изменения в аминокислотной последовательности белка могут вызвать разрушительные генетические заболевания, такие как болезнь Хантингтона или серповидно-клеточная анемия.

    Ферменты

    Ферменты — это белки, которые катализируют биохимические реакции, которые в противном случае не имели бы места.Эти ферменты необходимы для химических процессов, таких как пищеварение и клеточный метаболизм. Без ферментов большинство физиологических процессов протекало бы так медленно (или не протекало бы совсем), что жизнь не могла бы существовать.

    Поскольку форма определяет функцию, каждый фермент специфичен для своих субстратов. Субстраты — это реагенты, которые подвергаются химической реакции, катализируемой ферментом. Место, где субстраты связываются с ферментом или взаимодействуют с ним, известно как активный сайт, потому что это место, где происходит химия.Когда субстрат связывается со своим активным центром на ферменте, фермент может способствовать его распаду, перегруппировке или синтезу. Помещая субстрату определенную форму и микроокружение в активном центре, фермент стимулирует протекание химической реакции. Существует два основных класса ферментов:

    Ферментная реакция : Катаболическая ферментная реакция, показывающая, что субстрат точно соответствует форме активного центра.

    • Катаболические ферменты: ферменты, расщепляющие субстрат
    • Анаболические ферменты: ферменты, которые создают более сложные молекулы из своих субстратов

    Ферменты необходимы для пищеварения: процесс расщепления более крупных молекул пищи на субъединицы, достаточно мелкие, чтобы диффундировать через клеточную мембрану и использоваться клеткой.Эти ферменты включают амилазу, которая катализирует переваривание углеводов во рту и тонком кишечнике; пепсин, катализирующий переваривание белков в желудке; липаза, катализирующая реакции, необходимые для эмульгирования жиров в тонком кишечнике; и трипсин, который катализирует дальнейшее переваривание белков в тонком кишечнике.

    Ферменты также необходимы для биосинтеза: процесса создания новых сложных молекул из более мелких субъединиц, которые поставляются или генерируются клеткой.Эти биосинтетические ферменты включают ДНК-полимеразу, которая катализирует синтез новых цепей генетического материала до деления клетки; синтетаза жирных кислот, которая синтезирует новые жирные кислоты для образования жиров или мембранных липидов; и компоненты рибосомы, которая катализирует образование новых полипептидов из мономеров аминокислот.

    Гормоны

    Некоторые белки действуют как химические сигнальные молекулы, называемые гормонами. Эти белки секретируются эндокринными клетками, которые контролируют или регулируют определенные физиологические процессы, включая рост, развитие, метаболизм и размножение.Например, инсулин — это белковый гормон, который помогает регулировать уровень глюкозы в крови. Другие белки действуют как рецепторы для определения концентрации химических веществ и отправки сигналов для ответа. Некоторые типы гормонов, такие как эстроген и тестостерон, являются липидными стероидами, а не белками.

    Другие функции белков

    Белки выполняют важные функции во всех системах человеческого тела. В дыхательной системе гемоглобин (состоящий из четырех белковых субъединиц) транспортирует кислород для использования в клеточном метаболизме.Дополнительные белки в плазме крови и лимфе переносят питательные вещества и продукты обмена веществ по всему телу. Белки актин и тубулин образуют клеточные структуры, а кератин формирует структурную опору для мертвых клеток, которые становятся ногтями и волосами. Антитела, также называемые иммуноглобинами, помогают распознавать и уничтожать чужеродные патогены в иммунной системе. Актин и миозин позволяют мышцам сокращаться, а альбумин питает раннее развитие эмбриона или проростка.

    Тубулин : структурный белок тубулин, окрашенный в красный цвет в клетках мыши.

    Аминокислоты

    Аминокислота содержит аминогруппу, карбоксильную группу и группу R и объединяется с другими аминокислотами с образованием полипептидных цепей.

    Цели обучения

    Опишите структуру аминокислоты и особенности, которые придают ее специфическим свойствам

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Каждая аминокислота содержит центральный атом C, аминогруппу (Nh3), карбоксильную группу (COOH) и определенную группу R.
    • Группа R определяет характеристики (размер, полярность и pH) для каждого типа аминокислоты.
    • Пептидные связи образуются между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой путем дегидратационного синтеза.
    • Цепь аминокислот представляет собой полипептид.
    Ключевые термины
    • аминокислота : Любая из 20 встречающихся в природе α-аминокислот (имеющих амино- и карбоксильные группы на одном атоме углерода) и различных боковых цепей, которые объединяются через пептидные связи с образованием белков.
    • Группа R : Группа R представляет собой боковую цепь, специфичную для каждой аминокислоты, которая придает определенные химические свойства этой аминокислоте.
    • полипептид : любой полимер (одинаковых или разных) аминокислот, соединенных пептидными связями.

    Структура аминокислоты

    Аминокислоты — это мономеры, из которых состоят белки. Каждая аминокислота имеет одинаковую фундаментальную структуру, которая состоит из центрального атома углерода, также известного как альфа (α) углерод, связанного с аминогруппой (NH 2 ), карбоксильной группой (COOH) и водородом. атом.В водной среде клетки как аминогруппа, так и карбоксильная группа ионизируются в физиологических условиях, и поэтому имеют структуры -NH 3 + и -COO соответственно. Каждая аминокислота также имеет другой атом или группу атомов, связанных с центральным атомом, известную как группа R. Эта группа R или боковая цепь придает каждой аминокислоте специфические характеристики белков, включая размер, полярность и pH.

    Аминокислотная структура : Аминокислоты имеют центральный асимметричный атом углерода, к которому присоединены аминогруппа, карбоксильная группа, атом водорода и боковая цепь (группа R).Эта аминокислота неионизирована, но если ее поместить в воду с pH 7, ее аминогруппа получит другой водород и положительный заряд, а гидроксил в своей карбоксильной группе потеряет водород и получит отрицательный заряд.

    Типы аминокислот

    Название «аминокислота» происходит от аминогруппы и карбоксикислотной группы в их основной структуре. В белках присутствует 21 аминокислота, каждая из которых имеет определенную группу R или боковую цепь. Десять из них считаются незаменимыми аминокислотами для человека, потому что человеческий организм не может их производить, и они должны быть получены с пищей.Все организмы имеют разные незаменимые аминокислоты в зависимости от их физиологии.

    Типы аминокислот : В белках обычно встречается 21 обычная аминокислота, каждая из которых имеет свою R-группу (вариантную группу), которая определяет ее химическую природу. 21-я аминокислота, не показанная здесь, представляет собой селеноцистеин с группой R -CH 2 -SeH.

    Характеристики аминокислот

    Какие категории аминокислот вы ожидаете найти на поверхности растворимого белка, а какие — внутри? Какое распределение аминокислот вы ожидаете найти в белке, встроенном в липидный бислой?

    Химический состав боковой цепи определяет характеристики аминокислоты.Аминокислоты, такие как валин, метионин и аланин, неполярны (гидрофобны), тогда как аминокислоты, такие как серин, треонин и цистеин, полярны (гидрофильны). Боковые цепи лизина и аргинина заряжены положительно, поэтому эти аминокислоты также известны как основные (с высоким pH) аминокислоты. Пролин является исключением из стандартной структуры аминокислоты, поскольку его группа R связана с аминогруппой, образуя кольцеобразную структуру.

    Аминокислоты обозначаются одной заглавной буквой или трехбуквенным сокращением.Например, валин обозначается буквой V или трехбуквенным символом val.

    Пептидные облигации

    Последовательность и количество аминокислот в конечном итоге определяют форму, размер и функцию белка. Каждая аминокислота связана с другой аминокислотой ковалентной связью, известной как пептидная связь. Когда две аминокислоты ковалентно связаны пептидной связью, карбоксильная группа одной аминокислоты и аминогруппа входящей аминокислоты объединяются и высвобождают молекулу воды.Любая реакция, которая объединяет два мономера в реакцию, в которой образуется H 2 O в качестве одного из продуктов, известна как реакция дегидратации, поэтому образование пептидной связи является примером реакции дегидратации.

    Образование пептидной связи : Образование пептидной связи — это реакция синтеза дегидратации. Карбоксильная группа одной аминокислоты связана с аминогруппой входящей аминокислоты. При этом выделяется молекула воды.

    Полипептидные цепи

    Образовавшаяся цепочка аминокислот называется полипептидной цепью.Каждый полипептид имеет свободную аминогруппу на одном конце. Этот конец называется N-концом или амино-концом, а другой конец имеет свободную карбоксильную группу, также известную как C или карбоксильный конец. При считывании или сообщении аминокислотной последовательности белка или полипептида принято использовать направление от N к C. То есть предполагается, что первая аминокислота в последовательности находится на N-конце, а последняя аминокислота — на C-конце.

    Хотя термины полипептид и белок иногда используются взаимозаменяемо, полипептид технически представляет собой любой полимер аминокислот, тогда как термин белок используется для полипептида или полипептидов, которые свернуты должным образом, в сочетании с любыми дополнительными компонентами, необходимыми для правильного функционирования, и теперь работоспособен.

    Структура белка

    Каждый последующий уровень сворачивания белка в конечном итоге влияет на его форму и, следовательно, на его функцию.

    Цели обучения

    Обобщите четыре уровня структуры белка

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Структура белка зависит от его аминокислотной последовательности и локальных низкоэнергетических химических связей между атомами как в основной цепи полипептида, так и в боковых цепях аминокислот.
    • Структура белка играет ключевую роль в его функции; если белок теряет свою форму на каком-либо структурном уровне, он может больше не функционировать.
    • Первичная структура представляет собой аминокислотную последовательность.
    • Вторичная структура представляет собой локальные взаимодействия между участками полипептидной цепи и включает структуры α-спирали и β-складчатых листов.
    • Третичная структура — это общая трехмерная складчатость, в значительной степени обусловленная взаимодействиями между R-группами.
    • Четвертичные структуры — это ориентация и расположение субъединиц в мульти-субъединичном белке.
    Ключевые термины
    • антипараллельный : Природа противоположных ориентаций двух цепей ДНК или двух бета-цепей, составляющих вторичную структуру белка
    • дисульфидная связь : Связь, состоящая из ковалентной связи между двумя атомами серы, образованная реакцией двух тиоловых групп, особенно между тиоловыми группами двух белков
    • β-складчатый лист : вторичная структура белков, где группы N-H в основной цепи одной полностью вытянутой цепи устанавливают водородные связи с группами C = O в основной цепи соседней полностью вытянутой цепи
    • α-спираль : вторичная структура белков, где каждый N-H основной цепи создает водородную связь с группой C = O аминокислоты на четыре остатка ранее в той же спирали.

    Форма белка имеет решающее значение для его функции, поскольку она определяет, может ли белок взаимодействовать с другими молекулами. Белковые структуры очень сложны, и только совсем недавно исследователи смогли легко и быстро определить структуру полных белков вплоть до атомного уровня. (Используемые методы восходят к 1950-м годам, но до недавнего времени они были очень медленными и трудоемкими в использовании, поэтому полные белковые структуры решались очень медленно.) Ранние структурные биохимики концептуально разделили белковые структуры на четыре «уровня», чтобы упростить задачу. чтобы понять сложность общей структуры.Чтобы определить, как белок приобретает свою окончательную форму или конформацию, нам необходимо понять эти четыре уровня структуры белка: первичный, вторичный, третичный и четвертичный.

    Первичная структура

    Первичная структура белка — это уникальная последовательность аминокислот в каждой полипептидной цепи, из которой состоит белок. На самом деле, это просто список аминокислот в полипептидной цепи, а не ее структура. Но поскольку окончательная структура белка в конечном итоге зависит от этой последовательности, это было названо первичной структурой полипептидной цепи.Например, гормон поджелудочной железы инсулин имеет две полипептидные цепи, A и B.

    Первичная структура : Цепь А инсулина состоит из 21 аминокислоты, а цепь В — из 30 аминокислот, и каждая последовательность уникальна для белка инсулина.

    Ген или последовательность ДНК в конечном итоге определяет уникальную последовательность аминокислот в каждой пептидной цепи. Изменение нуклеотидной последовательности кодирующей области гена может привести к добавлению другой аминокислоты к растущей полипептидной цепи, вызывая изменение структуры белка и, следовательно, функции.

    Гемоглобин, транспортирующий кислород, состоит из четырех полипептидных цепей, двух идентичных α-цепей и двух идентичных β-цепей. При серповидно-клеточной анемии простая замена аминогруппы в β-цепи гемоглобина вызывает изменение структуры всего белка. Когда аминокислота глутаминовая кислота заменяется валином в β-цепи, полипептид складывается в несколько иную форму, что создает дисфункциональный белок гемоглобина. Итак, всего одна замена аминокислоты может вызвать кардинальные изменения.Эти дисфункциональные белки гемоглобина в условиях низкого содержания кислорода начинают связываться друг с другом, образуя длинные волокна, состоящие из миллионов агрегированных гемоглобинов, которые искажают эритроциты в форме полумесяца или «серпа», которые закупоривают артерии. Люди, страдающие этим заболеванием, часто испытывают одышку, головокружение, головные боли и боли в животе.

    Серповидно-клеточная анемия : серповидные клетки имеют форму полумесяца, тогда как нормальные клетки имеют форму диска.

    Вторичная структура

    Вторичная структура белка — это любые регулярные структуры, возникающие в результате взаимодействий между соседними или соседними аминокислотами, когда полипептид начинает складываться в свою функциональную трехмерную форму.Вторичные структуры возникают, когда образуются Н-связи между локальными группами аминокислот в области полипептидной цепи. Редко единичная вторичная структура распространяется по всей полипептидной цепи. Обычно это просто часть цепочки. Наиболее распространенными формами вторичной структуры являются α-спиральные и β-складчатые листовые структуры, и они играют важную структурную роль в большинстве глобулярных и волокнистых белков.

    Вторичная структура : α-спираль и β-складчатый лист образуются из-за образования водородных связей между карбонильной и аминогруппой в основной цепи пептида.Некоторые аминокислоты имеют склонность образовывать α-спираль, в то время как другие имеют склонность образовывать β-складчатый лист.

    В цепи α-спирали водородная связь образуется между атомом кислорода в карбонильной группе основной цепи полипептида в одной аминокислоте и атомом водорода в аминогруппе основной цепи полипептида другой аминокислоты, которая находится на четыре аминокислоты дальше по цепи. Это удерживает отрезок аминокислот в правой спирали. Каждый виток в альфа-спирали имеет 3.6 аминокислотных остатков. Группы R (боковые цепи) полипептида выступают из цепи α-спирали и не участвуют в H-связях, которые поддерживают структуру α-спирали.

    В β-гофрированных листах участки аминокислот сохраняются в почти полностью вытянутой конформации, которая «складывается» или зигзагообразно из-за нелинейной природы одиночных ковалентных связей C-C и C-N. β-гофрированные листы никогда не встречаются в одиночку. Они должны удерживаться на месте другими β-гофрированными листами. Участки аминокислот в β-складчатых листах удерживаются в их складчатой ​​структуре листа, потому что водородные связи образуются между атомом кислорода в карбонильной группе полипептидной основной цепи одного β-складчатого листа и атомом водорода в аминогруппе полипептидного каркаса другого β-складчатого листа. лист гофрированный.Скрепляющие друг друга β-гофрированные листы выровнены параллельно или антипараллельно друг другу. Группы R аминокислот в β-складчатом листе указывают перпендикулярно водородным связям, удерживающим β-складчатые листы вместе, и не участвуют в поддержании структуры β-складчатого листа.

    Третичная структура

    Третичная структура полипептидной цепи — это ее общая трехмерная форма после того, как все элементы вторичной структуры сложены вместе друг с другом.Взаимодействия между полярной, неполярной, кислотной и основной R-группой в полипептидной цепи создают сложную трехмерную третичную структуру белка. Когда сворачивание белка происходит в водной среде тела, гидрофобные группы R неполярных аминокислот в основном лежат внутри белка, в то время как гидрофильные группы R лежат в основном снаружи. Боковые цепи цистеина образуют дисульфидные связи в присутствии кислорода, единственную ковалентную связь, образующуюся во время сворачивания белка.Все эти взаимодействия, слабые и сильные, определяют окончательную трехмерную форму белка. Когда белок теряет свою трехмерную форму, он больше не функционирует.

    Третичная структура : Третичная структура белков определяется гидрофобными взаимодействиями, ионными связями, водородными связями и дисульфидными связями.

    Четвертичная структура

    Четвертичная структура белка — это то, как его субъединицы ориентированы и расположены относительно друг друга.В результате четвертичная структура применима только к многосубъединичным белкам; то есть белки, состоящие из более чем одной полипептидной цепи. Белки, полученные из одного полипептида, не будут иметь четвертичной структуры.

    В белках с более чем одной субъединицей слабые взаимодействия между субъединицами помогают стабилизировать общую структуру. Ферменты часто играют ключевую роль в связывании субъединиц с образованием конечного функционирующего белка.

    Например, инсулин представляет собой шарообразный глобулярный белок, который содержит как водородные связи, так и дисульфидные связи, которые удерживают вместе две его полипептидные цепи.Шелк — это волокнистый белок, который образуется в результате водородных связей между различными β-складчатыми цепями.

    Четыре уровня структуры белка : На этих иллюстрациях можно увидеть четыре уровня структуры белка.

    Денатурация и сворачивание белков

    Денатурация — это процесс, при котором белки теряют свою форму и, следовательно, свою функцию из-за изменений pH или температуры.

    Цели обучения

    Обсудить процесс денатурации белка

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Белки меняют свою форму при воздействии различных значений pH или температуры.
    • Организм строго регулирует pH и температуру, чтобы предотвратить денатурацию белков, таких как ферменты.
    • Некоторые белки могут восстанавливаться после денатурации, а другие — нет.
    • Белки-шапероны помогают некоторым белкам принимать правильную форму.
    Ключевые термины
    • шаперонин : белки, которые обеспечивают благоприятные условия для правильного сворачивания других белков, тем самым предотвращая агрегацию
    • денатурация : изменение складчатой ​​структуры белка (и, следовательно, физических свойств), вызванное нагреванием, изменением pH или воздействием определенных химических веществ

    Каждый белок имеет свою собственную уникальную последовательность аминокислот, и взаимодействия между этими аминокислотами создают определенную форму.Эта форма определяет функцию белка, от переваривания белка в желудке до переноса кислорода в кровь.

    Изменение формы белка

    Если белок подвержен изменениям температуры, pH или воздействию химикатов, внутренние взаимодействия между аминокислотами белка могут измениться, что, в свою очередь, может изменить форму белка. Хотя аминокислотная последовательность (также известная как первичная структура белка) не изменяется, форма белка может измениться настолько, что станет дисфункциональной, и в этом случае белок считается денатурированным.Пепсин, фермент, расщепляющий белок в желудке, действует только при очень низком pH. При более высоких значениях pH конформация пепсина, способ сворачивания его полипептидной цепи в трех измерениях, начинает меняться. В желудке поддерживается очень низкий уровень pH, чтобы пепсин продолжал переваривать белок и не денатурировал его.

    Ферменты

    Поскольку почти для всех биохимических реакций требуются ферменты, и поскольку почти все ферменты оптимально работают только в относительно узких диапазонах температуры и pH, многие гомеостатические механизмы регулируют соответствующие температуры и pH, чтобы ферменты могли поддерживать форму своего активного центра.

    Реверсивная денатурация

    Часто можно обратить денатурацию, потому что первичная структура полипептида, ковалентные связи, удерживающие аминокислоты в их правильной последовательности, не повреждена. После удаления денатурирующего агента первоначальные взаимодействия между аминокислотами возвращают белок к его исходной конформации, и он может возобновить свою функцию.

    Однако денатурация может быть необратимой в экстремальных ситуациях, например, при жарке яйца. Тепло от сковороды денатурирует белок альбумина в жидком яичном белке, и он становится нерастворимым.Белок в мясе также денатурирует и становится твердым при приготовлении.

    Денатурация белка иногда необратима. : (Вверху) Белковый альбумин в сыром и вареном яичном белке. (Внизу) Аналогия со скрепкой визуализирует процесс: когда скрепки сшиты, скрепки («аминокислоты») больше не перемещаются свободно; их структура перестраивается и «денатурируется».

    Белки-шапероны (или шаперонины) являются белками-помощниками, которые обеспечивают благоприятные условия для сворачивания белков.Шаперонины скапливаются вокруг формирующегося белка и предотвращают агрегацию других полипептидных цепей. Как только целевой белок сворачивается, шаперонины диссоциируют.

    Что это такое, виды, использование, потребности, дефицит

    Белок — это большая сложная молекула, которая является ключевым строительным блоком жизни. Все мы знаем, что это важная часть нашего рациона, но многие ли из нас знают, как белок на самом деле работает в нашем организме и зачем он нам нужен?

    тбральнина / iStock / Getty Images

    Что это такое

    Белок жизненно важен для функционирования клеток живых организмов.Белки необходимы для структуры и регуляции тканей и органов тела. Они состоят из длинных цепочек аминокислот — по крайней мере, 20 различных типов аминокислот.

    Девять из аминокислот, которые необходимы людям для производства белка — гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин — должны поступать с пищей.

    Как это работает

    Типичная человеческая клетка содержит до 100 000 уникальных типов белков.Функционирование каждого зависит от его формы.

    Белок начинается в клетке как длинная цепочка из примерно 300 строительных блоков (в среднем), известных как аминокислоты. Существует более 20 различных типов аминокислот, и то, как они упорядочены, определяет, как белковая цепь будет складываться и принимать форму.

    Как только белок приобретает свою форму, он может связываться с другими выбранными молекулами для выполнения своей функции. Эта функция может заключаться в передаче сигналов, хранении, транспортировке, обеспечении структуры, борьбе с чужеродными захватчиками, действии как катализатор или другой функции.

    Типы белков и их использование

    В зависимости от функции белки бывают разных типов. К ним относятся следующие:

    Антитело

    Это компоненты иммунной системы, которые помогают защитить организм от инородных частиц, таких как вирусы и бактерии. Белки распознают чужеродные вещества и связываются с ними, чтобы нейтрализовать их и защитить организм. Примером антитела является иммуноглобулин G (IgG).

    Фермент

    Ферменты осуществляют почти все химические реакции, происходящие в клетках, а также помогают формировать новые молекулы, считывая генетическую информацию, хранящуюся в ДНК. Фермент увеличивает скорость химической реакции.

    Примером фермента является фенилаланингидроксилаза. Этот фермент катализирует распад аминокислоты фенилаланина. Младенцы, рожденные неспособными вырабатывать этот фермент, имеют токсические эффекты из-за неполного метаболизма фенилаланина.

    Посланник

    Также известные как сигнальные белки, они обеспечивают связь между клетками. В их состав входят некоторые виды гормонов. Эти белки передают сигналы для координации биологических процессов между клетками, тканями и органами. Примером белка-мессенджера является соматотропин, также известный как гормон роста.

    Строительный

    Структурные белки позволяют клеткам сохранять свою форму и организацию. На более высоком уровне они обеспечивают структурные элементы соединительных тканей, таких как кости и хрящи, и помогают мышцам функционировать.Примером структурного белка является актин.

    Транспортировка и хранение

    Транспортные и запасные белки присоединяются к атомам и небольшим молекулам, сохраняя или перенося их внутри клеток и по всему телу. Примером является ферритин, который хранит железо для использования клетками крови и другими тканями организма.

    Сколько вам нужно

    Поскольку белок является неотъемлемой частью функции каждой клетки вашего тела, важно получать достаточное количество макроэлементов в вашем рационе — из здоровых источников.Получение белка из различных источников, в том числе растительных, обеспечит вам наилучший баланс.

    Ежедневные цели в области питания, установленные Министерством сельского хозяйства США (USDA), составляют 56 граммов белка для мужчин в возрасте 19 лет и старше и 46 граммов белка для женщин.

    Группа белковых продуктов включает мясо, птицу, морепродукты, бобовые (фасоль, горох и соевые продукты), яйца, орехи и семена. Министерство сельского хозяйства США рекомендует выбирать более постное и менее жирное мясо и птицу, а также потреблять не менее 8 унций (унций) приготовленных морепродуктов в неделю, если вы не вегетарианец.

    Как насытиться рационом

    Скорее всего, у вас не будет проблем с получением достаточного количества белка. Согласно анализу, опубликованному в Public Health Nutrition , люди в США фактически потребляют гораздо больше белка, чем необходимо, каждый день.

    Исследование показало, что мужчины в возрасте 20 лет и старше потребляют 234 грамма (8,3 унции) белковой пищи (включая мясо, молочные продукты, рыбу, морепродукты, яйца, орехи, бобовые и сою) в день, 72% из которых составляют мясо; в то время как женщины ежедневно потребляют 148 граммов белковой пищи, из которых 70% — мясо.

    Для сравнения: один приготовленный стейк на косточке весом 219 граммов (7,7 унции) будет содержать 59 граммов белка, плюс 515 калорий и 29 граммов жира, согласно данным Министерства сельского хозяйства США.

    Таким образом, вы не только максимально израсходовали дневную норму белка, но, если вы мужчина или женщина в возрасте от 31 до 50, то, по данным агентства, вы также съедите 19-29 процентов от рекомендуемой суточной нормы потребления калорий и, возможно, все ваше количество выделенного жира.

    Более здоровая порция протеина на ужин — это 113-граммовое (4 унции) рыбного филе, запеченное или запеченное с маслом.Это дает 25 граммов белка, 188 калорий и 9 граммов жира.

    Дефицит белка

    Дефицит белка редко встречается у людей в более богатых странах, таких как Соединенные Штаты. Согласно обзору научной литературы, опубликованному в журнале Nutrients , даже вегетарианцы и веганы обычно потребляют больше, чем рекомендовано в день.

    Однако форма недоедания, называемая квашиоркор, может развиться в местах, где наблюдается голод, стихийные бедствия или другие перебои в снабжении продовольствием.Симптомы квашиоркора, вызванные недостатком белка в рационе, включают:

    • Увеличенный, выступающий живот
    • Снижение мышечной массы
    • Диарея
    • Отсутствие набора веса и роста у детей
    • Усталость
    • Блеклый цвет кожи
    • Изменения цвета или текстуры волос
    • Участившиеся и более тяжелые инфекции
    • Раздражительность
    • Отек лодыжек и стоп

    При раннем питании дети с квашиоркором могут полностью выздороветь.Однако при лечении могут иметь место необратимые физические и умственные нарушения. Если лечение начнется слишком поздно, это может привести к шоку, коме и смерти.

    Слово от Verywell

    Поскольку белок содержится в каждой клетке тела, важно знать, как он работает и как получить его в достаточном количестве в своем рационе. Однако лучше сосредоточиться на потреблении здоровых источников белка, а не на его потреблении в больших количествах.

    Что такое протеомика? | Протеомика

    Proteomics — это масштабное исследование протеомов.Протеом — это набор белков, продуцируемых в организме, системе или биологическом контексте. Мы можем ссылаться, например, на протеом вида (например, Homo sapiens ) или орган (например, печень). Протеом непостоянен; он отличается от ячейки к ячейке и меняется со временем. В некоторой степени протеом отражает лежащий в основе транскриптом. Однако активность белка (часто оцениваемая по скорости реакции процессов, в которых участвует белок) также модулируется многими факторами в дополнение к уровню экспрессии соответствующего гена.

    Протеомика используется для исследования:

    • когда и где экспрессируются белки
    • скорости продукции белка, деградации и стационарного содержания
    • как модифицируются белки (например, посттрансляционные модификации (PTM), такие как фосфорилирование)
    • перемещение белков между субклеточные компартменты
    • участие белков в метаболических путях
    • как белки взаимодействуют друг с другом

    Протеомика может предоставить важную биологическую информацию для решения многих биологических проблем, таких как:

    • какие белки взаимодействуют с конкретным представляющим интерес белком (например, белком-супрессором опухоли p53)? (Пример человека)
    • какие белки локализуются в субклеточном компартменте (например, митохондрии)? (Пример человека)
    • какие белки участвуют в биологическом процессе (например, в циркадном ритме)? (Пример человека)
    Рис. 1 Области протеомики: Протеомные эксперименты обычно собирают данные о трех свойствах белков в образце: локализация, численность / оборот и посттрансляционные модификации.В зависимости от плана эксперимента исследователи могут быть непосредственно заинтересованы в этих данных или могут использовать их для получения дополнительной информации. Например, можно сделать вывод о партнерах по взаимодействию белка среди других, которые совместно с ним локализованы, или оценить, является ли белок активным по его посттрансляционным модификациям.

    Раскрытие структуры белка | Essays in Biochemistry

    Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS)
    Дифракция на некристаллических образцах, представляющих собой порошки или раствор, в которых все молекулы ориентированы случайным образом, обычно называется рассеянием.Дифракционная картина усредняется во всех направлениях, сферически, потому что рентгеновский луч встречает все возможные ориентации молекул в образце. Дифракционная картина по-прежнему содержит информацию о том, как электронная плотность изменяется с расстоянием от центра молекул, составляющих этот образец. Анализ интенсивностей при различных углах рентгеновского излучения и образца (малых) дает функцию распределения расстояний, которая дает частоты всех возможных внутримолекулярных расстояний в белке.Исходя из этого, вы можете смоделировать общую форму белка и создать простую белковую оболочку. Поскольку образцы находятся в растворе, вы можете легко обнаружить динамические, связывающие и конформационные изменения. Эти данные также позволяют рассчитать радиус вращения (расстояние, на которое распространяется масса). Данные могут быть записаны относительно быстро за 1 день, и требуются только хорошо подобранные буферные растворы, чтобы вычесть любой вклад рассеяния из буфера. Некоторые учреждения теперь могут анализировать несколько образцов в 96-луночном планшете, но чаще всего за один раз можно измерять только один образец.
    Изотермическая калориметрия для титрования
    Измерение изменений тепла при добавлении молекул в белковые растворы. Он сообщает вам, насколько хорошо молекула связывает, а также энтальпию, энтропию и свободную энергию взаимодействия. Одно титрование для одного взаимодействия занимает примерно 2 часа.
    Нативная масс-спектрометрия
    Ионизация электрораспылением осуществляется путем пропускания тока через летучий растворитель.Это заставляет белковые комплексы ионизироваться и переходить в газовую фазу. Молекулярная масса может быть рассчитана по тому, сколько времени требуется иону, чтобы пройти заданное расстояние. Это называется временем полета (TOF). Молекулярная масса белков и комплексов может быть определена в газовой фазе. Его можно использовать, чтобы сообщить вам по изменениям массы, связан ли белок с другой молекулой, например, с ионом металла или лекарством. Каждый спектр может быть получен за несколько секунд, поэтому за день можно измерить множество образцов, но анализ данных может занять намного больше часов.
    Общая флуоресценция
    Флуоресценция включает использование луча света, который возбуждает электроны в молекулах определенных соединений и заставляет их излучать свет с большей длиной волны. Различные флуорофоры поглощают и излучают свет с разной длиной волны в зависимости от окружающей среды. Например, молекула 8-анилино-1-нафталинсульфоновой кислоты (ANS) является широко используемым флуоресцентным зондом для характеристики белков и сайтов связывания, поскольку она флуоресцирует только тогда, когда связана с гидрофобными участками на белке. Процесс очень быстрый, занимает миллисекунды. Используя многолуночные считыватели планшетов, можно записать многие сотни измерений в течение нескольких минут.
    Дифференциальная сканирующая флуориметрия
    Когда белки сворачиваются, они скрывают свое гидрофобное ядро ​​и не могут связывать флуоресцентный краситель. При нагревании во время повышения температуры белок разворачивается и связывает краситель, и флуоресценция красителя увеличивается. Он сообщает вам температуру, при которой разворачивается половина белка, также известная как T m .Если вы добавляете молекулу лекарства к белку, T m увеличивается, и это может сказать вам, насколько хорошо он связывается. Вы можете измерить 96 образцов всего за 1 час. Он очень популярен для скрининга многих партнеров по связыванию и условий буфера.
    Внутренняя флуоресценция триптофана
    В белках боковая аминокислотная цепь триптофана является флуоресцентной. Длина волны излучаемого света колеблется от ~ 300 нм в неполярных средах, таких как внутренняя часть белка, до 350 нм в водных полярных средах на поверхности. Поскольку максимальная длина волны излучаемого света зависит от окружающей среды вокруг боковой цепи аминокислоты, флуоресценцию можно использовать как очень чувствительное измерение конформационного состояния отдельных остатков триптофана. Если излучаемый свет ближе к 300 нм, то триптофан находится в неполярной среде, или если он ближе к 350 нм, он находится в водной полярной среде. Как и в случае обычной флуоресценции, процесс очень быстрый. Обычно спектры излучения можно получить менее чем за минуту, что означает, что многие образцы можно проанализировать быстро.
    Химическая денатурация с последующей собственной флуоресценцией триптофана
    Сложенные белки обычно содержат триптофаны, скрытые в ядре, и они флуоресцируют иначе, чем когда они подвергаются воздействию при разворачивании, из-за сильного химического денатуранта, такого как мочевина или гуанидин. Эти химические вещества титруются в сложенный белковый раствор, и флуоресценция измеряется для каждой точки. Данные нанесены на график, и вы получите кривую денатурации, которая покажет вам концентрацию денатуранта в том месте, где развернута половина белка.Наклон перехода также говорит о том, насколько белок чувствителен к денатуранту. Вместе эти значения позволяют рассчитать изменение свободной энергии для разворачивания, что является абсолютной мерой стабильности белка. Если лекарства или лиганды также включены в отдельный эксперимент, то можно рассчитать константу связывания. Белки также могут быть внезапно вызваны сворачиванием или разворачиванием, где изменение флуоресценции можно измерить в реальном времени, чтобы понять кинетику сворачивания белка. Эти анализы обычно проводят в 96-луночном планшете с использованием небольших объемов и низких концентраций белков.Титрование всего планшета может занять около 6 часов и требует больше анализа данных, чем дифференциальная сканирующая флуориметрия, но дает более точные и количественные данные. Кинетика разворачивания белка также может быть проведена в планшете, но для прямой кинетики сворачивания обычно требуется спектрометр с остановленным потоком, а производительность ниже.
    Передача энергии резонанса флуоресценции
    Передача энергии резонанса флуоресценции (FRET) — это зависящий от расстояния физический процесс, посредством которого энергия передается между двумя флуорофорами.Свет поглощается флуорофором на одной длине волны (возбуждение), за которым следует излучение на большей длине волны, которое поглощается соседним флуорофором, который затем излучает свет с еще большей длиной волны, который обнаруживается. В идеале эти флуорофоры должны иметь узкие, но частично перекрывающиеся эмиссионные линии. Пара FRET может быть небольшими молекулами, такими как родамин и флуоресцеин, которые поперечно сшиты непосредственно с белком. В качестве альтернативы, молекулы, такие как зеленый или синий флуоресцентный белок (GFP / BFP), могут быть связаны непосредственно с концами двух исследуемых белков. Может использоваться в качестве молекулярной линейки для определения расстояния между двумя молекулами. Один белок помечен донорным флуорофором, а второй — акцепторным флуорофором. Если они находятся в пределах нескольких нанометров, происходит передача энергии. Он используется для измерения динамики и взаимодействия белков. Сбор данных для FRET происходит быстро после того, как белки помечены. Однако прикрепление флуоресцентных зондов к белку может занять много часов или дней.
    Вычислительная биология белков
    Вычислительная биология может использоваться для прогнозирования структуры и динамики белков.Было разработано много мощных алгоритмов, которые учитывают химические свойства аминокислотной последовательности для характеристики белков. Моделирование гомологии использует последовательность белка с неизвестной структурой с известной структурой, которая обычно находится в родственном семействе (см. SCOP и CATH), для моделирования неизвестной структуры. Этот метод является активной областью исследований. Другой важной областью является моделирование молекулярной динамики, которое применяет к белкам правила химии и физики, которые определяют поведение молекул в водной среде.Общесистемный анализ белков использует протеом организма, который представляет собой все его белковые последовательности, определенные в результате секвенирования генома. Эти методы генерируют несколько важных белковых баз данных с предсказанными структурами, взаимодействиями и эволюционными отношениями, которые генерируют гипотезы, которые можно проверить в лаборатории. Молекулярная динамика генерирует фильмы движения белков, которые предоставляют новую информацию о том, как ведут себя белки, которую невозможно увидеть с помощью традиционных экспериментальных методов.Новая область системной биологии пытается объединить всю доступную информацию о белках в организме, чтобы смоделировать, как все они работают вместе в клетке или целостном организме для выполнения жизненных функций. Многие базы данных делают прогнозы относительно белков автоматически, и информация доступна любому. Например, база данных UniProt имеет исчерпывающий, качественный и свободно доступный ресурс последовательностей белков и функциональной информации. Для проведения и анализа моделирования молекулярной динамики может потребоваться много дней, и в настоящее время мы ограничены просмотром движений только за микросекунды.Подходы системной биологии в настоящее время также отнимают очень много времени. Однако вычислительные методы могут сэкономить много времени и усилий, поскольку компьютеры — дешевые, но мощные инструменты, которые можно использовать в сочетании с экспериментальными методами.

    Объяснение методов анализа белков — ATA Scientific

    Объяснение белков

    Белки, также известные как полипептиды, представляют собой органические соединения, состоящие из аминокислот.Это большие сложные молекулы, которые играют в организме множество важных ролей.

    Белки состоят из сотен тысяч более мелких единиц, которые расположены в линейную цепочку и свернуты в глобулярную форму. Существует 20 различных типов аминокислот, которые можно комбинировать для создания белка, и последовательность аминокислот определяет уникальную трехмерную структуру каждого белка и его конкретную функцию.

    Белки выполняют большую часть работы в клетках и необходимы для структуры, функции и регулирования тканей и органов организма.Важнейшие части организмов, они участвуют практически во всех процессах внутри клеток. Многие белки представляют собой ферменты, катализирующие биохимические реакции и жизненно важные для метаболизма. Размер белка является важной физической характеристикой, и ученые часто используют анализаторы размера частиц в своих исследованиях, чтобы обсудить размер или молекулярную массу белка.

    СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ

    Чтобы иметь возможность выполнять свою биологическую функцию, белки складываются в одну или несколько конкретных пространственных конформаций, управляемых рядом нековалентных взаимодействий, таких как водородные связи, ионные взаимодействия, силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобная упаковка.Это понимание является темой научной области структурной биологии, которая использует традиционные методы, такие как рентгеновская кристаллография, ЯМР-спектроскопия и спектрометрия кругового дихроизма для определения структуры белков.

    Большинство белков складываются в уникальные трехмерные структуры. Форма, в которую белок складывается естественным образом, называется его нативной конформацией. В то время как большинство белков могут сворачиваться без посторонней помощи благодаря химическим свойствам своих аминокислот, другим требуется помощь молекулярных шаперонов.Существует четыре различных аспекта структуры белка:

    • Первичная структура : аминокислотная последовательность.
    • Вторичная структура : Регулярно повторяющиеся локальные структуры, стабилизированные водородными связями.
    • Третичная структура : Общая форма отдельной белковой молекулы; пространственное отношение вторичных структур друг к другу.
    • Четвертичная структура : Структура, образованная несколькими белковыми молекулами, которые функционируют как единый белковый комплекс.

    Белковые структуры имеют размер от десятков до нескольких тысяч аминокислот. По физическому размеру белки классифицируются как наночастицы от 1 до 100 нм. Очень большие агрегаты могут быть образованы из белковых субъединиц. Например, многие тысячи молекул актина собираются в микрофиламент.

    ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА БЕЛКОВ

    Белки отличаются друг от друга по типу, количеству и последовательности аминокислот, составляющих основу полипептида.Следовательно, они имеют разные молекулярные структуры, питательные свойства и физико-химические свойства.

    Существует три основных метода анализа белков: разделение белков, вестерн-блоттинг и идентификация белков.

    1. РАЗДЕЛЕНИЕ БЕЛКА

    Электрофорез белков — это процесс разделения или очистки белков путем помещения их в гелевый матрикс и последующего наблюдения за подвижностью белка в присутствии электрического поля. Это важный подход к изучению функции белков и влияния конкретного белка на развитие или физическую функцию путем введения его в организм.

    Наиболее часто используемым методом разделения белков является электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (SDS-PAGE). Белки можно разделить по растворимости, размеру, заряду и сродству связывания. SDS-PAGE разделяет белки в основном на основе молекулярной массы, а не на основе заряда или фолдинга. Этот метод широко используется в биохимии, судебной медицине, генетике и молекулярной биологии.

    Другие методы включают:

    • Изоэлектрическая фокусировка : В этом методе разные молекулы разделяются разницей их электрических зарядов.Этот метод представляет собой тип зонного электрофореза, который обычно выполняется в геле и использует тот факт, что заряд молекулы изменяется в зависимости от pH окружающей среды.
    • Хроматические методы : Для разделения белков часто используются два хроматических метода — высокоэффективная жидкостная хроматография и тонкослойная хроматография. Оба эти метода являются особенно полезными дополнениями к подходам на основе геля. Хотя хроматография — распространенный метод в биохимических лабораториях, используемый для очистки, идентификации и количественного определения белковых смесей, лазерная дифракция традиционно используется для определения размера предколонок и управления полидисперсностью.
    • Двумерный гель-электрофорез : это мощный метод на основе геля, обычно используемый для анализа сложных образцов с целью характеристики всего диапазона белков в образце, а не только нескольких конкретных белков.

    2. ЗАПАДНОЕ БЛОТТИНГ

    Метод вестерн-блоттинга использует три элемента для идентификации конкретных белков из сложной смеси белков, извлеченных из клеток: разделение по размеру, перенос на твердую основу и маркировку целевого белка с использованием соответствующих первичных и вторичных антител для визуализации.

    Самый распространенный вариант этого метода — иммуноблоттинг. Этот метод используется для обнаружения определенных белков в заданном образце гомогената или экстракта ткани. Образец белков сначала подвергается электрофорезу с помощью SDS-PAGE для разделения белков на основе молекулярной массы. Затем белки переносятся на мембрану, где они исследуются с помощью антител, специфичных к целевому белку.

    3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ БЕЛКА

    Есть два метода, которые обычно используются для идентификации белков: деградация Эдмана и масс-спектрометрия.

    Деградация по Эдману, разработанная Пером Эдманом, представляет собой метод секвенирования аминокислот в пептиде. Здесь аминоконцевой остаток помечен и отщеплен от пептида без разрыва пептидных связей между другими аминокислотными остатками.

    Масс-спектрометрия белка — это аналитический метод, который измеряет отношение массы к заряду заряженных частиц для определения массы частиц и элементного состава образца молекул, а также для выяснения химической структуры молекул, таких как пептиды.Масс-спектрометрия белков — важный метод точного определения массы и характеристики белков, и для его многочисленных применений были разработаны различные методы и приборы. Применение масс-спектрометрии для изучения белков стало популярным в 1980-х годах после разработки MALDI и ESI. Эти методы ионизации сыграли важную роль в идентификации белков. Идентификация может быть произведена по телефону:

    • Фингерпринт массы пептидов использует массы протеолитических пептидов в качестве входных данных для поиска в базе данных предсказанных масс, которые возникают в результате переваривания списка известных белков.Основное преимущество этого метода заключается в том, что он не зависит от секвенирования белков для идентификации белков. Ограничение этого метода состоит в том, что он требует, чтобы в базе данных был белок, который уже охарактеризован для другого организма.
    • De novo пептидное секвенирование выполняется без предварительного знания аминокислотной последовательности. Этот метод позволяет получать пептидные последовательности без базы данных белков и использует вычислительные подходы для определения последовательности пептида непосредственно из экспериментальных спектров МС / МС.Его можно использовать для несеквенированных организмов, антител, пептидов с посттрансляционными модификациями (PTM) и эндогенных пептидов.

    СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА БЕЛКОВ

    Комплексный анализ белков включает обширную интерпретацию структуры и функций белков, которые присутствуют в сложных биологических образцах. Хотя современные методы анализа белковых комплексов эффективны для определения структуры белковых комплексов, существуют некоторые ограничивающие факторы.

    Постоянно растущее число альтернативных способов обнаружения белок-белковых взаимодействий (ИПП) красноречиво свидетельствует о творческом подходе ученых к поиску оптимальной техники.Современные методы постоянно позволяют нам изучать белок более эффективно, результативно и с меньшими затратами и включают:

    1. РАССЕЯНИЕ СВЕТА

    Методы светорассеяния особенно чувствительны к более крупным молекулам при приготовлении более мелких молекул. Любое увеличение размера белка, скорее всего, будет результатом образования агрегатов. Чувствительность измерения светорассеяния к более крупным белкам означает, что самые ранние стадии денатурации, ведущие к образованию нескольких агрегатов, приведут к изменениям среднего гидродинамического размера.

    Пакетное динамическое рассеяние света (DLS): Измерение размера — это первичное измерение белков, которое может быть выполнено с помощью пакетного режима DLS. Поскольку белки имеют очень постоянный состав и складываются в плотные структуры, гидродинамический размер предсказуемо связан с молекулярной массой. Активность и функция белка тесно связаны с правильной укладкой и структурой. Таким образом, активность также напрямую связана с размером белка, что означает, что размер также может использоваться в качестве предиктора активности.DLS — наиболее чувствительный метод обнаружения небольших количеств агрегатов в препаратах. В программном обеспечении Zetasizer есть модель, позволяющая прогнозировать молекулярную массу белка по его гидродинамическому размеру с помощью DLS. Запросить демо.

    Статическое рассеяние света (SLS): Следуя измерениям DLS, измерения SLS также могут быть выполнены для белков. Часто для измерения молекулярной массы с использованием SLS следует использовать многие образцы белков высокой степени очистки, если их концентрации точно известны.Путем измерения количества света, рассеянного при различных концентрациях образца, молекулярная масса, которая пропорциональна количеству рассеянного света, может быть рассчитана путем создания графика Дебая. Наклон линии на графике Дебая составляет 2x 2-й вириальный коэффициент (мера молекулярного взаимодействия в растворе), поэтому этот метод также может быть полезен для изучения условий кристаллизации. Сильно положительное значение указывает на хорошую растворимость, а строго отрицательное значение указывает на склонность к агрегированию.Запросить демо.

    Заряд и дзета-потенциал: Используя подходящие чувствительные инструменты, такие как Zetasizer Ultra, и соответствующий метод, такой как запатентованная техника диффузионного барьера, также возможно измерение дзета-потенциала белков. Значительное количество функциональных групп аминокислот может быть заряженным, и любая их комбинация может находиться в своем заряженном или незаряженном состоянии в белке. Это будет меняться в зависимости от условий в локальной среде, и важно отметить, что дзета-потенциал может отличаться от рассчитанного чистого заряда на основе вероятного состояния заряженных остатков в молекуле.

    Заряд представляет особый интерес для химиков-протеинов, и дзета-потенциал должен быть в состоянии конкурировать с изоэлектрической фокусировкой, в настоящее время одним из основных методов определения заряда белка, так как он позволяет поддерживать белок в условиях, более близких к его естественному состоянию. . Однако следует отметить, что белки могут быть денатурированы приложенным электрическим полем, что может затруднить измерения дзета-потенциала. Метод диффузионного барьера — это метод, который используется для надежного измерения электрофоретической подвижности белков за счет снижения воздействия процесса измерения.Чтобы получить больше информации — свяжитесь с нами.

    В целом, дзета-потенциал — это мера силы сил отталкивания между молекулами в растворе. Обычно это используется в качестве основного индикатора стабильности пробоподготовки. При высоком дзета-потенциале и, следовательно, высокой силе межмолекулярного отталкивания можно ожидать, что лекарственный или белковый препарат будет стабильным в течение более длительных периодов, чем аналогичный препарат с низким дзета-потенциалом. Запросить демо.

    2. МУЛЬТИ-ОБНАРУЖЕНИЕ GPC / SEC

    Хотя DLS можно использовать для характеристики олигомерного состояния белка, он не может разделить смесь олигомеров.Добавление возможностей SEC к детектору светорассеяния — это способ значительно улучшить его разрешение.

    Система Malvern OMNISEC Resolve and Reveal разделяет молекулы в зависимости от их размера, что делает ее отличным партнером для светорассеяния. Разделив молекулы перед их измерением с помощью DLS или SLS, этот метод можно использовать для идентификации различных компонентов в смеси. При известных концентрациях, измеряемых показателем преломления или УФ-детектором, молекулярная масса может быть напрямую связана с количеством света, рассеянного молекулой.Это можно комбинировать с данными вискозиметра, который измеряет вязкость, позволяя определить размер и некоторые структурные аспекты. Таким образом, с помощью этого метода можно получить большой объем информации для одного образца белка.

    Malvern OMNISEC также добавляет еще одно измерение к обнаружению агрегатов. Отделив их от первичного образца, можно дополнительно охарактеризовать и количественно оценить их. Производители белковых растворов обычно используют SEC в качестве заключительного этапа очистки.SEC используется для разделения образцов с целью удаления любых агрегатов, образующихся при пробоподготовке. То же самое верно и при очистке одного белка из биологических образцов. Запросить демо .

    3. Спектрометрия кругового дихроизма

    Круговой дихроизм (CD) — это метод спектроскопии поглощения, основанный на дифференциальном поглощении света с левой и правой круговой поляризацией. Оптически активные хиральные молекулы будут предпочтительно поглощать свет с круговой поляризацией в одном направлении.Разницу в поглощении света с левой и правой круговой поляризацией можно измерить и количественно оценить. УФ-КД используется для определения аспектов вторичной структуры белка. Вибрационный CD, IR CD, используется для изучения структуры небольших органических молекул, белков и ДНК. UV / Vis CD исследует переходы с переносом заряда в комплексах металл-белок.

    Спектрометры КД серии

    JASCO J1000 обеспечивают максимальное отношение сигнал-шум в условиях высокого поглощения и низкой интенсивности света в дальней УФ-области спектра для исследования структуры и стабильности биомолекул.Он обеспечивает непревзойденные оптические характеристики и универсальную гибкость для расширенной биомолекулярной характеристики и стереохимического анализа. Монохроматор с двойной поляризационной призмой покрывает всю область, необходимую для рутинного анализа биомолекул, с отличным подавлением паразитного света для получения точных результатов. Усовершенствованное измерение ультрафиолетового излучения в вакууме позволяет измерять спектр КД в вакуумной УФ-области, которая может снижаться до 163 нм, что имеет решающее значение для биомолекул. Запросить демо

    4.Изотермическая калориметрия титрования

    Изотермическая калориметрия титрования (ITC) — это физический метод, используемый для определения термодинамических параметров взаимодействий в растворе. Чаще всего он используется для изучения связывания небольших молекул (например, лекарственных соединений) с более крупными макромолекулами (белками, ДНК и т. Д.). Он состоит из двух ячеек, заключенных в адиабатическую рубашку. Исследуемые соединения помещаются в ячейку для образца, тогда как другая ячейка, эталонная ячейка, используется в качестве контроля и содержит буфер, в котором растворяется образец.

    MicroCal PEAQ-ITC обеспечивает высочайшую чувствительность для безметочных измерений сродства связывания и термодинамики с низким расходом образцов для исследования биомолекулярных взаимодействий. Он обеспечивает прямое измерение всех параметров связывания в одном эксперименте и может анализировать связывающие вещества со слабым и высоким сродством, используя всего лишь 10 мкг образца. Полуавтоматическое обслуживание сводит к минимуму вмешательство оператора, а систему можно модернизировать до полностью автоматизированной системы MicroCal PEAQ-ITC Automated, что делает ее идеальной для лабораторий, где скорость, чувствительность и способность справляться с более высокими рабочими нагрузками в будущем имеют первостепенное значение.Запросить демо

    ПРОСТОЙ АНАЛИЗ БЕЛКОВ

    Кристаллизация белков — необходимый шаг для выяснения их детальной трехмерной структуры. Кристаллизация — сложный процесс, который требует содержания высокоочищенного белка в идеальных условиях. В измерениях DLS полидисперсность является мерой чистоты образца. Образец белка с очень низкой полидисперсностью показывает, что он высокоочищен, что весь белок находится в одной конкретной олигомерной конформации и что его структура очень хорошо контролируется в этих условиях, все из которых необходимы для кристаллизации.Определив образец белка с самой низкой полидисперсностью, исследователь может найти наиболее подходящие условия для кристаллизации.

    Размер также может быть использован в качестве предиктора активности, и четвертичная структура белка также может быть изучена. Когда белки олигомеризуются, их размер и молекулярная масса будут увеличиваться дискретными приращениями, соответствующими добавлению отдельных белков. Измеряя белок в различных условиях, можно оценить олигомерное состояние белка.Многие белки для своего функционирования полагаются на правильную четвертичную структуру, поэтому, опять же, гидродинамический размер может использоваться в качестве предиктора активности.

    В неблагоприятных условиях, таких как экстремальные температуры и pH, белок станет денатурированным. Контролируя эти условия и измеряя гидродинамический радиус, можно установить точку плавления белка. Это связано со стабильностью белка и может использоваться в качестве предиктора срока годности.

    Нужны подходящие инструменты для измерения? ATA Scientific предлагает полный набор инструментов для анализа белков различными способами, включая мультидетекционный GPC / SEC, круговой дихроизм (CD), микрокалориметрию (ITC / DSC), динамическое и статическое рассеяние света (DLS / SLS) и многое другое.Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатную консультацию и упростить анализ белка. Мы предоставляем инструменты и постоянную поддержку, чтобы вы были уверены в своих результатах.

    Протеомика: последовательность, структура, функция

    Протеом организма — это совокупность всех белков, производимых организмом. Он во многом отличается от генома. Существуют пре-трансляционные события, такие как альтернативный сплайсинг (при котором несколько кодирующих областей ДНК [«экзоны»] соединяются вместе, но известно, что это может быть сделано более чем одним способом, и то, каким образом экзоны сплайсируются является одним из способов регуляции экспрессии белка) и посттрансляционных событий, таких как фосфорилирование (которое иногда может определять, активен белок или нет).Какие белки присутствуют и в каком количестве в данной клетке в данный момент времени, сильно варьируется, тогда как геном статичен.

    Протеомика обязательно предполагает более высокий уровень сложности, чем геномика. Человеческий протеом — совокупность всех белков, генерируемых человеческим геномом, — по оценкам, содержит от 10 до 20 миллионов белков, что примерно на 2-3 порядка больше, чем количество человеческих генов.

    Практическое различие между геномикой и протеомикой — это то, на чем вы сосредотачиваетесь — независимо от того, является ли ДНК центром внимания или белки являются центральным объектом.Основная причина, по которой геномика опередила протеомику, заключается в том, что стали доступны методы высокопроизводительного секвенирования — это включало конвергенцию инновационных биотехнологий и гениальных быстрых алгоритмов. Поскольку ДНК — это всего лишь линейная последовательность из 4 символов, высокопроизводительные сравнения последовательностей ДНК друг с другом дали дополнительное измерение предмету. Это породило множество действительно интересных проблем, и продолжается активный прогресс во многих направлениях, поскольку математическая абстракция, прежде всего в форме новых алгоритмов и статистических методов, соответствует биологической реальности.Новые технологии, такие как микроматрицы, которые были предметом первой длинной программы IPAM, продолжают волновать. Эта область исследований настолько активна, что многие протеомные стратегии включают геномный компонент.

    Белки управляют почти всеми биологическими функциями, но то, как действует тот или иной белок, редко бывает прозрачным. Белки не функционируют независимо, а взаимодействуют в очень сложных сетях, которые, в свою очередь, влияют на сложную сеть регуляторных механизмов, с помощью которых регулируется количество каждого продуцируемого белка.Эти регуляторные механизмы, несмотря на множество заманчивых подсказок, остаются загадочными и их трудно смоделировать. Это фундаментальная проблема — определить, какие белки взаимодействуют и как они вписываются в сеть взаимодействий, и это становится еще более сложной задачей, если кто-то хочет делать это автоматически. Многие современные подходы пытаются объединить воедино информацию из ряда источников — данные микрочипов, которые дают информацию о том, какие белки регулируются вместе, а какие — вниз, кросс-геномный анализ о том, эволюционировали ли гены двух белков вместе, и т. Д.

    Последовательность аминокислот в каждом белке определяется геномными данными плюс некоторые вариации, полученные в результате альтернативного сплайсинга. Вторичная структура белка (альфа-спирали и т. Д.) И трехмерная конфигурация белка определяются аминокислотной последовательностью, но мы очень далеки от возможности предсказать одно по другому. Подходы широко варьируются: от попыток выполнить вычисления ab initio от квантово-механических сил до моделирования гомологии, которое работает с использованием интеллектуального анализа данных для сравнения с последовательностями белков, вторичная или трехмерная структура которых известна.

    Трехмерная конфигурация белка важна для определения его функции. Определенные области белка в основном служат для удержания определенных активных областей в правильном положении, чтобы они могли правильно взаимодействовать с активными областями других белков. Поиск правильного способа определения активной области белка, даже если его форма известна, является предметом активных исследований.

    Есть два основных способа узнать о существовании белка — найти нуклеотиды, которые его кодируют, в ДНК организма или найти его уже собранным в клетках организма.Первый метод гораздо менее прямой и менее надежный, потому что идентификация экзонов в ДНК все еще является искусством, а реконструкция того, как сращиваются экзоны, является неопределенной. Второй недостаток заключается в том, что у человека нет под рукой самого белка, чтобы изучить его химию и структуру. Большим преимуществом этого подхода является высокая пропускная способность, так что таким образом можно найти последовательности огромного числа до сих пор неизвестных белков. Второе преимущество этого генетического подхода состоит в том, что можно изучать действие белка косвенно, производя «нокаутирующие» организмы, которые отличаются от диких организмов наличием только одного неработающего гена.Новые технологии теперь открывают возможность высокопроизводительного подхода, который начинается с белка, а не с ДНК, которая его кодирует.

    Протеомика имеет важное значение для фундаментальной науки для выяснения фундаментальных механизмов биологии. Это также представляет большой интерес для биотехнологической промышленности, поскольку белки, функция и активные области которых известны, являются потенциальными мишенями для лекарств.


    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *
    *