Білки відіграють вирішальну роль в життєдіяльності окремих клітин і всього багатоклітинного організму, так як їх функції дивно різноманітні. Різноманіття функцій білків визначається особливостями їх первинної структури і конформації, унікальністю будови активного центру і здатністю пов'язувати специфічні ліганди.
Лише дуже невелика частина всіх можливих варіантів пептидних ланцюгів може прийняти стабільну просторову структуру; більшість з них може приймати безліч конформації з приблизно однаковою енергією Гіббса, але з різними властивостями.
Первинна структура відомих білків, відібраних біологічною еволюцією, забезпечує виняткову стабільність однією з конформації, яка визначає особливості функціонування цього білка.
Гомологічними називають білки, які виконують у різних видів однакові функції, наприклад гемоглобін у всіх хребетних здійснює транспорт 02. цитохром с - мітохондріальний білок, який бере участь в процесах біологічного окислення. Гомологічні білки більшості видів:
- мають однакову або дуже близьку молекулярну масу;
- у багатьох положеннях містять одні й ті ж амінокислоти, звані інваріантними залишками;
- в деяких положеннях спостерігаються значні відмінності амінокислот - так звані варіабельні амінокислотні залишки;
- містять гомологічні послідовності - сукупність схожих рис в амінокислотноїпослідовності порівнюваних білків (крім ідентичних амінокислот, ці послідовності містять різні, але близькі за фізико-хімічними властивостями амінокислотні радикали).
Цитохром с - мітохондріальний білок, який бере участь в біологічному окисленні. Встановлено його амінокислотна послідовність більш ніж у 60 видів. У 27 положеннях знаходяться інваріантні амінокислотні залишки. Цитохроми з дрож жей і коні розрізняються по 48 амінокислотним залишкам, курки і качки - по 2 амінокислотам, курки та індички ідентичні.
Порівняння амінокислотної последовательностігомологічних білків виявило:
1) консервативні, інваріантні амінокислотні залишки важливі для формування унікальної просторової структури і біологічної функції цих білків;
2) наявність гомологічних білків говорить про загальний еволюційне походження видів;
3) число варіабельних амінокислотних залишків в гомологічних білках пропорційно филогенетическим відмінностей між порівнюваними видами;
4) в деяких випадках навіть невеликі зміни амінокислотної послідовності можуть викликати порушення властивостей і функцій білків;
5) але далеко не всі зміни амінокислотної послідовності викликають порушення біологічних функцій білків;
6) найбільші порушення структури і функції білків виникають при заміні амінокислот:
вхідних повідомлень в ядро згортання (набір амінокислот, з яких починається формування конформації);
вхідних повідомлень до складу активного центру;
- на ділянках перетину поліпептидного ланцюга при утворенні третинної структури.
Серповидно-клітинна анемія - захворювання, при якому в крові хворого замість НЬА виявляється HbS. У його р-ланцюга в положенні 6 замість Гли варто Вал. Наявність на поверхні HbS валина призводить до агрегації молекул дезокси-HbS, утворення нерозчинних ниток і деформації еритроцитів, які часто набувають форми серпа.
Майже всі заміни амінокислот, виявлені на поверхні нь, нешкідливі; HbS - вражаюче виняток.
В ході еволюції в межах одного біологічного виду заміни амінокислотних залишків можуть призводити до виникнення різних білків, виконує го родинні функції і мають гомологічні послідовності амінокислот.
Вони мають разюче схожі конформації: кількість і взаємне розташування а-спіралей і / або р-структур, більшість поворотів і вигинів поліпептидних ланцюгів схожі або ідентичні.
Білки, що мають гомологічні ділянки поліпептидного ланцюга, подібну конформацію і родинні функції, виділяють в сімейства білків. Приклади сімейств білків:
Серинові протеїнази - сімейство білків, що виконують функцію протеолітичних ферментів.
До них відносяться травні ферменти - хімотрипсин, трипсин, еластаза та багато чинників згортання крові (див. Відповідні розділи). Ці білки мають в 40% положень ідентичні амінокислоти і дуже близьку конформацию (рис. 1.22).
Мал. 1.22. Просторові структури еластази (а) і хімотрипсину (б).
Деякі амінокислотні заміни привели до зміни субстратної специфічності цих білків і виникнення функціонального різноманіття всередині сімейства.
Резюме. Більшість білків походить від обмеженого числа предкової генів.
1.За формою молекул білки можна розділити на дві великі групи - глобулярні (мають сферичну форму) і фібрилярні (подовженої форми).
2. За наявністю або відсутністю в білку неамінокіслотной частини вони діляться на прості (що складаються тільки з амінокислот) і складні (мають в своєму складі компонент неамінокіслотной природи).
3. По функціях, виконуваних білками, їх можна розділити на структурні, скоротливі транспортні, каталітичні, захисні, рецеп-торні, регуляторні та ін.
Поліпептидну частина складного білка називають апопротеина, неамінокіслотний компонент - простетичної групою, а весь білок - холопротеіном.
У кожну з цих функціональних груп входить величезна кількість індивідуальних білків.
В роботі імунної системи величезну роль грають білки суперсімейства імуноглобулінів, яке включає в себе 3 сімейства білків: антитіла (імуноглобуліни), рецептори Т-лімфоцитів, білки головного комплексу гістосумісності - МНС 1-го і 11-го класів (major histocompatibility complex).
Всі вони мають доменне будова, складаються з гомологічних іммуноподобних доменів і виконують подібні функції - взаємодіють з чужорідними структурами, або розчиненими в крові, лімфі або міжклітинної рідини (антитіла), або знаходяться на поверхні клітин (власних або чужорідних).
Антитіла - специфічні білки, що виробляються В-лімфоцитами у відповідь на потрапляння в організм чужорідної структури, званої антигеном.
Особливості будови антитіл
1.Простейшіе молекули антитіл складаються з 4 поліпептидних ланцюгів: 2 ідентичних легких - L, що містять близько 220 амінокислот і 2 ідентичних важких - Н, що складаються з 440-700 амінокислот. Всі 4 ланцюга антитіла з'єднані безліччю некова-лентних і 4 дисульфідними зв'язками (рис. 1.23).
2. Легкі ланцюги антитіла складаються з 2 доменів: вариабельного (VL), що знаходиться на N-кінцевій області поліпептидного ланцюга, і константного (CL), розташованого на С-кінці.
3. Важкі ланцюги зазвичай мають 4 домена: один варіабельний (Vc), що знаходиться на N-кінці, і 3 константних (СН1. СН2> СНЗ) (див. Рис. 1.23).
4. Кожен домен імуноглобуліну має р-складча-ту суперструктуру, в якій 2 залишку цистеїну з'єднані дисульфідній зв'язком.
5. Між 2 константними доменами СН1 і СН2 є ділянка, що містить велику кількість залишків проліну, які перешкоджають форми вання вторинної структури і взаємодії сусідніх Н-ланцюгів на цьому відрізку. Ця шарнірна область надає молекулі антитіла гнучкість.
Мал. 1.23. Доменне будова IgG.
6. Між варіабельними доменами важких і легких ланцюгів знаходяться 2 ідентичних антігенсвя-викликають ділянки, тому такі антитіла часто називають біваленте.
У зв'язуванні антигену з антитілом бере участь не вся амінокислотна послідовність варіабельних ділянок обох ланцюгів, а всього лише 20-30 амінокислот, розташованих в гіперваріабельних областях кожної ланцюга. Саме ці області визначають унікальну здатність кожного виду антитіла взаємодіяти з відповідним комплементарних антигеном.
Антитіла - одна з ліній захисту організму проти внедрившихся чужорідних організмів. Їх функціонування можна розділити на два етапи: перший етап - впізнавання і зв'язування антигену на поверхні чужорідних організмів, які відбуваються завдяки наявності в структурі антитіла антигензв'язуючих ділянок; другий етап - ініціація процесу, завдяки якому антиген інактивується і руйнується. Специфічність другого етапу залежить від класу антитіл.
Існує 5 класів важких ланцюгів, що відрізняються за будовою константних доменів: а, 5, е, у та ц, відповідно до яких розрізняють 5 класів імуноглобулінів: A, D, E, G і М.
Особливості будови важких ланцюгів надають шарнірним ділянкам і С-кінцевим областям важких ланцюгів характерну для кожного класу конформацию.
Після зв'язування антигену з антитілом кон-формаційні зміни константних доменів визначають шлях видалення антигену в організмі.
Імуноглобуліни М мають дві форми:
Мономерна форма - перший клас антитіл, що продукується розвиваються В-лімфоцитів. Згодом багато В-клітини перемикаються на вироблення інших класів антитіл, але з тим же ан-тігенсвязивающім ділянкою.
IgM вбудовується в мембрану і виконує роль антігенраспознающіх рецептора. Вбудовування IgM в мембрану клітин можливо завдяки наявності в хвостовій частині ділянки 25 гідрофобних амінокислотних залишків.
Секреторна формаIgM містить 5 мономерних субодиниць, пов'язаних один з одним дисульфид-ними зв'язками і додаткової поліпептидного J-ланцюгом (рис. 1.24).
Мал. 1.24. Будова секреторною форми IgM.
Важкі ланцюги мономерів цієї форми не містять гидрофобной хвостовій частині. Пентамер має 10 центрів зв'язування з антигеном.
Секреторна форма IgM - основний клас антитіл, секретується в кров при первинному імунній відповіді.
Зв'язування IgM з антигеном змінює конформацію IgM і індукує зв'язування його з першим компонентом системи комплементу і активацію цієї системи. Якщо антиген розташований на поверхні мікроорганізму, система комплементу викликає порушення цілісності клітинної мембрани і загибель бактеріальної клітини.
У кількісному відношенні цей клас імуноглобулінів домінує в крові (75% від усіх Ig). IgG - мономери, основний клас антитіл, що секретується в кров при вторинному імунній відповіді.
Після взаємодії IgG з поверхневими антигенами мікроорганізмів комплекс антиген-антитіло:
-способи пов'язувати і активувати білки системи комплементу;
-Може взаємодіяти зі специфічними рецепторами макрофагів і нейтрофілів, що призводить до фагоцитозу комплексів антиген-антитіло і руйнування їх в фагосомах;
-IgG - єдиний клас Ig, здатний проникати через плацентарний бар'єр і забезпечувати внутрішньоутробну захист плода від інфекцій.
Основний клас антитіл, присутній в секретах (молоці, слині, секрети дихальних шляхів і кишкового тракту).
IgA секретируются в основному в димерной формі, де мономери зв'язані один з одним через додаткову J-ланцюг (рис. 1.25).
IgE після секреції зв'язуються своїми С-кон-кільцевими ділянками з відповідними рецепторами на поверхні огрядних клітин і базофілів. В результаті вони стають рецепторами для антигенів на поверхні цих клітин (рис. 1.26).
Мал. 1.25. Будова IgA.
IgA не взаємодіють з системою комплементу і фагоцитуючими клітинами, але, зв'язуючись з мікроорганізмами антитіла, перешкоджають їх приєднання до епітеліальних клітин і проникненню в організм.
Імуноглобуліни Е представлені мономерами, в яких важкі е-ланцюга містять, так само як і> х-ланцюга, 1 варіабельний і 4 константних домену.
Після приєднання антигену до відповідних антигензв'язуючих ділянкам IgE клітини отримують сигнал до секреції біологічно активних речовин (гістаміну, серотоніну), які в великій мірі відповідальні за розвиток запальної реакції і прояв таких алергічних реакцій, як астма, кропив'янка, сінна лихоманка.
Мал. 1.26. Взаємодія IgE з антигеном на поверхні гладкої клітини.
Імуноглобуліни D виявлені в сироватці в дуже невеликій кількості, є мономерами. У важких 8-ланцюгах мають 1 варіабельний і 3 константних домену. Виконують роль рецепторів В-лімфоцитів; інші функції поки невідомі.
Взаємодія специфічних антигенів з рецепторами на поверхні В-лімфоцитів призводить до передачі цих сигналів в клітку і включення механізмів, що забезпечують розмноження даного клону лімфоцитів.
Популярне:
ЛІКУВАННЯ ЖІНОЧИХ ЗАХВОРЮВАНЬ nbspnbspnbspnbspnbspnbspnbspnbsp ЛІКУВАННЯ СУГЛОБІВ nbspnbspnbspnbspnbspnbspnbspnbsp ЛІКУВАННЯ ЗУБОВ