Выберите эксперта и познакомьтесь онлайн. Никаких пакетов или подписок, платите только за необходимое время.

Proten Structure Ver.5.0

Биология 2960 Компьютерная лаборатория

Пептидные связи и структура белка

Учебный центр естественных наук
Вашингтонский университет — факультет биологии
Авторские права © 2011 Вильгельм С. Круз
Все права защищены

Физиология, Белки Артикул

Введение

Белки — это биополимерные структуры, состоящие из аминокислот, 20 из которых являются общими для биологической химии.Белки служат структурной опорой, биохимическими катализаторами, гормонами, ферментами, строительными блоками и инициаторами клеточной смерти. Далее белки можно определить по четырем структурным уровням: первичный, вторичный, третичный и четвертичный.

Первый уровень — это первичная структура, потому что это самый базовый уровень структуры белка. Он состоит из аминокислотных остатков линейного порядка. Все остатки соединяются пептидными связями. Эти связи обозначены положениями атомов углерода альфа, бета и гамма, которые соответствуют конкретным положениям относительно пептидной связи.Эта структура также носит название белкового остова.

Второй уровень структуры белка — это вторичная структура, и она состоит из различных форм, образующихся за счет водородных связей. Эти формы включают альфа-спираль, бета-гофрированный лист и бета-виток. Как указывалось ранее, водородные связи стабилизируют все эти формы.

Третий уровень структуры белка — это третичная структура. Он состоит из трехмерной формы, которая будет формироваться, когда «каркас» полипептидной цепи взаимодействует с водной средой, которая немедленно начинает формироваться, когда вновь синтезированная полипептидная цепь выходит из терминального конца комплекса рибосомных субъединиц.Полипептидная цепь изолирует гидрофобные остатки и обнажает те, которые являются гидрофильными; все это для достижения термодинамической стабильности. Эта термодинамическая стабильность дополнительно обусловлена ​​множеством химических взаимодействий, включая водородные связи, силы Вандерволла и ионные связи (термин ионная связь включает электростатические взаимодействия и солевые мостики). Энергия, которую могут производить эти взаимодействия, колеблется от 0,1 до 3 килокалорий на моль. Четвертый и последний уровень структуры белка называется четвертичной структурой.На этом уровне комплексы образуются из нескольких полипептидных цепей, называемых субъединицами. Примером этого является гемоглобин и то, как формируется его тетрамерная структура, когда две альфа- и две бета-субъединицы удерживаются вместе за счет химических взаимодействий. Поэтому уместно сказать, что четвертичная структура — это трехмерное расположение двух или более полипептидов в белке, каждый из которых сворачивается независимо от другого. Важно отметить, что термин субъединица взаимозаменяем с протомером.[1] Примером клинического значения является серповидноклеточная анемия, при которой произведенный белок гемоглобина содержит аминокислоты, которые нерастворимы в водной среде, заставляя дефектный гемоглобин агрегироваться, чтобы скрыть вновь образованные гидрофобные остатки и достичь термодинамической благоприятности. Эти измененные молекулы гемоглобина затем образуют полимеры, которые проявляются в виде длинных негибких стержней. Эти макромолекулы продолжают удлиняться, пока они в конечном итоге не осаждаются и не деформируют плазматическую мембрану красных кровяных телец в классическую форму серпа, наблюдаемую при кризисе серповидно-клеточного синдрома.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Денатурация

Меркаптоэтанол — это химическое вещество, которое может разрушать дисульфидные связи. Он «разрезает» белки справа от карбоксильной группы предпоследней аминокислоты. Это разрезание может происходить только на дисульфидных связях, потому что эти связи могут принимать электроны от спиртовых групп бета-меркаптоэтанола, поэтому это вещество также известно как восстанавливающий агент. Проблема, вызывающая беспокойство, проявляется через гормональную денатурацию.Гормоны известны как белки с большим количеством дисульфидных связей. Поэтому, если их поместить в водную среду, богатую спиртовыми группами, гормоны денатурируют и теряют биологическую функциональность. Это состояние, по-видимому, является причиной того, почему матери, страдающие алкогольным расстройством и кормящие грудью, могут перестать кормить грудью (из-за денатурированного пролактина), почему у алкоголиков через некоторое время развивается диабет (из-за денатурированного инсулина) и почему подростки, чрезмерно употребляющие алкоголь, перестают расти (из-за денатурированный гормон роста).[2]

Сотовая связь

Транспортировка

Белки, продуцируемые на рибосомах грубого эндоплазматического ретикулума, переносятся в гладкий эндоплазматический ретикулум, где они превращаются в пузырьки для внутриклеточного транспорта. Белки также несут ответственность за нацеливание на везикулы посредством ряда взаимодействий, которые включают взаимодействия рецепторов и субстратов. Аппарат Гольджи состоит из цис-, медиальной, транс- и транс-сети Гольджи.Джеймс Ротман предположил в 1980-х годах, что белки, обрабатываемые аппаратом Гольджи, переносятся из одного мешочка в другой в пузырьках. Эта концепция важна, потому что не было хорошо известно, как белки могут оставаться и действовать как специфические ферменты Гольджи, тем более что практически все ферменты Гольджи являются мембранными белками. Это предложение привело к трем различным теоретическим путям, с помощью которых белки обрабатываются и транспортируются. [3]

Три пути:

• Секреторный
• Лизосомальный
• Регулируемый

Секреторный транспорт

Конститутивная секреция — это непрерывный путь, который происходит во всех клетках.Считается, что именно так клетки производят новые плазматические мембраны. Так же происходит экзоцитоз. Везикулы цитозоля сливаются с плазматической мембраной. Жидкие мембраны способствуют слиянию мембран по принципу «подобное растворяется в подобном». Эта теория утверждает, что сигнал и рецептор комплемента (который находится на Гольджи) необходимы для сортировки в Гольджи. Эта теория основана на хорошо известной концепции, согласно которой сигнал и его рецептор комплемента являются фундаментальными компонентами всей внутриклеточной везикулярной сортировки.[4]

Лизосомный транспорт

Эта теория, определяемая как конститутивный лизосомный путь, утверждает, что транспортные везикулы, содержащие лизосомальные ферменты, образуют лизосомы, когда внутриклеточные везикулы сливаются с везикулами, образованными из плазматической мембраны во время эндоцитоза. Лизосома — это участок внутри клетки, где макромолекулы распадаются на соответствующие мономеры. (например, белки, полисахариды, полинуклеотиды и липиды. Это основные строительные блоки: аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды.Для липидов не существует единого строительного блока, но жирные кислоты подходят ближе всего. Клетка повторно использует строительные блоки для создания новых макромолекул. [5]

Регулируемый транспорт

Этот регулируемый секреторный путь имеет место только в клетках, специализирующихся на секреции. (например, В-лимфоциты секретируют антитела). Везикула, содержащая специализированные белки для зачатка секреции области транс-сети Гольджи аппарата Гольджи. В этом случае секреторный пузырь остается в цитозоле. Лиганд связывается с сайтом связывания лиганда на внеклеточном матриксе, обращенном к трансмембранному рецепторному белку.(-6) М. Затем цитозольные секреторные везикулы перемещаются к плазматической мембране для экзоцитоза. [6]

Пептидные связи

Пептидные связи образуются, когда карбоксильная группа аминокислоты слева атакует аминогруппу аминокислоты справа. Аминоконец всегда слева. Карбокси-конец всегда справа. Полярность каждой аминокислоты обусловлена ​​ее R-группой. Пептидная связь имеет три особенности: подошвенную, ограниченную подвижность и транс-конфигурацию.Рестрикционные ферменты часто используются в лабораторных процедурах для определения последовательности белков. История секвенирования белков выходит за рамки данной статьи [7].

Дисульфидные связи

Они также известны как дисульфидные мостики; эти связи образуются близлежащими остатками цистеина в белке. Остаток цистеина имеет неполярную группу R, более конкретно, сульфгидрильную группу. Эта связь составляет примерно 60 килокалорий на моль энергии. Эти прочные ковалентные связи являются результатом химического взаимодействия, связанного с белками, которые сворачиваются в грубую эндоплазматическую сеть — это потому, что восстановители разрушают дисульфидные связи, а относительно высокая концентрация восстановителей в цитозоле разрывает связи серы, как только связи образуются. .Основным восстанавливающим агентом цитозоля является трипептид, называемый глутатионом. В основе этого понимания лежит классический эксперимент Анфинсена. В эксперименте использовалась рибонуклеаза, функциональное представление зрелой структуры с многочисленными дисульфидными связями. В эксперименте к рибонуклеазе применяли восстанавливающие агенты, которые денатурируют белок, в частности, мочевину, которая разрывает все слабые химические связи в белке. Еще одним используемым восстановителем был бета-меркаптоэтанол. В результате получился белок, не обладающий биологической активностью, поскольку у него больше не было активного сайта.Говорят, что это денатурированная форма белка рибонуклеазы. Затем белок помещали в воду с денатурирующим агентом и диализной трубкой. Они несколько раз заменяли внешнюю диализную среду, чтобы удалить как можно больше денатурирующих молекул. После диализа они обнаружили, что рибонуклеаза ренатурировала до 100% функционального статуса, что привело к заключению, что первичная структура определяет третичную структуру [7].

Биохимические реакции

Самые важные белки в организме — это те, которые помогают в реакциях.Они называются ферментами, и их основная задача — помочь организму вырабатывать энергию. Реакция всегда возможна, но не всегда благоприятна. Примерно 90% реакций, которые происходят в организме, не будут происходить с надлежащей скоростью, необходимой для жизни. Таким образом, ферменты действуют как «катализаторы». Примерно 80% реакций в организме не произошло бы, если бы не присутствовал фермент, катализирующий реакцию. Ферменты делают реакции более вероятными, облегчая их возникновение. Они объединяют субстраты в пространстве и времени.Ферменты снижают свободную энергию активации, что приводит к меньшему количеству энергии, необходимой для возникновения реакции. Ферменты также стабилизируют высокоэнергетический промежуточный субстрат в реакции и не расходуются в реакции. Фермент можно классифицировать как глобулярный, если это сильно свернутый полипептид, который часто имеет сферическую форму и стабилизируется слабыми химическими взаимодействиями. [8]

Источники

Белок является жизненно важной частью рациона человека и присутствует в различных продуктах питания, таких как яйца, мясо, молочные продукты, морепродукты, бобовые, орехи и семена.Независимо от источника потребляемого белка, он расщепляется и превращается в новые белки в нашем организме. Эти белки делают все: от борьбы с инфекциями до помощи клеткам в делении. L-изомер каждой аминокислоты обычно является более биологически релевантной формой по сравнению с D-изомером.

Классификация аминокислот

Хотя в природе существуют сотни аминокислот, люди используют только 20 из них. Один из способов их дальнейшей классификации — определить, какие из них здоровые тела могут вырабатывать, а какие — нет.

Три класса белков:

• Несущественные
• Условно необходимое
• Essential

Незаменимые аминокислоты

Существуют пять аминокислот, которые называют несущественными, потому что они могут быть получены из продуктов питания, а также вырабатываются в организме.

Незаменимые аминокислоты:

• Аланин
• Аспарагин
• Аспарагиновая кислота
• Глутаминовая кислота
• Серин

Условно незаменимые аминокислоты

Существует шесть аминокислот, которые называются условно незаменимыми, потому что здоровые тела могут вырабатывать их в нормальных физиологических условиях.Они становятся необходимыми при определенных условиях, таких как голодание или врожденные нарушения обмена веществ.

Условно незаменимыми аминокислотами являются:

• Аргинин
• Цистеин
• Глютамин
• Глицин
• Proline
• Тирозин

Незаменимые аминокислоты

Девять аминокислот называют незаменимыми, потому что они не могут быть произведены в организме. Следовательно, диетический белок обеспечивает эти аминокислоты, которые необходимы для выработки определенных гормонов и других важных молекул.

Незаменимые аминокислоты:

• Гистидин
• Изолейцин
• лейцин
• Лизин
• метионин
• Фенилаланин
• Треонин
• Триптофан
• Валин

Развитие

Четыре уровня структуры белка:

• Первичная структура
• Вторичная структура
• Третичная структура
• Четвертичная структура

Первичная структура

По сути, белок представляет собой цепь аминокислот, связанных друг с другом пептидными связями.Подобно нитке бусинок, эти нити могут скручиваться и складываться в окончательную форму белка. Когда кто-то ест белок, он расщепляется на аминокислоты. Эти аминокислоты состоят из центрального атома углерода, связанного с «амино» или азотсодержащей группой, и карбоновой «кислотной» группы, отсюда и название «аминокислота». Углерод также имеет один атом водорода и боковую цепь или «R-группу», которая уникальна для каждой аминокислоты. Исключением является пролин, имеющий кольцевую структуру.

Вторичный Структура

Вторичная структура — это уровень структуры белка, на котором происходят два общих подтверждения, альфа-спираль и бета-складчатые листы.Биологически этот уровень можно подразделить на три общие структуры. Третий — комбинация альфа-спиралей и бета-пластин, которые могут образовывать некоторые ферменты.

Первый — это альфа-спирали, которые могут присутствовать в таких белках, как гемоглобин и промежуточные филаменты. Альфа-спирали — это аминокислоты в форме спирали или спирали, позволяющие образовывать водородные связи между азотом и водородом, иначе известные как нитратные группы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты на четыре остатка ранее.Некоторые аминокислоты более склонны к образованию альфа-спиралей. Некоторыми примерами являются метионин, глутамин, цистеин, гистидин и лизин.

Второй — бета-складчатые листы, которые появляются в белках, транспортирующих жирные кислоты, и антителах. Бета-складчатые листы представляют собой аминокислоты в серии соседних рядов, что позволяет образовывать боковые водородные связи между аминокислотной группой с карбоксильной группой другой аминокислоты. Если на рисунке имеется перегиб, это указывает на то, что в этом положении находится аминокислота пролина.Некоторые аминокислоты более склонны к образованию бета-складок. Некоторыми примерами являются изолейцин, тирозин, триптофан и валин.

Кроме того, есть две биологические характеристики вторичной структуры — функциональные и острофазовые.

Костный мозг и печень делают их функциональными. Костный мозг производит иммуноглобулины. В печени вырабатываются альбумин, фибриноген и альфа-1-антитрипсин. Печень производит примерно 90% белков, которые служат осмотическим градиентом в сыворотке.Осмотический градиент необходим для втягивания жидкости в капилляры и из них.

Реагенты острой фазы — это белки, вырабатываемые во время воспаления. Они неспецифичны и используются для отслеживания наличия воспаления в организме. Примеры включают трансферрин и церулоплазмин. [9]

Третичная структура

Наиболее важным фактором, влияющим на третичную структуру, являются ее гидрофобные и гидрофильные взаимодействия. Гидрофобные жирорастворимые аминокислоты в белке будут складываться «внутрь» белка и от контакта с водой.Напротив, гидрофильные водорастворимые аминокислотные остатки будут сворачиваться по направлению к «внешней стороне» белка, по направлению к контакту с водой. Кроме того, третичный — это уровень образования ковалентных связей. Все эти характеристики способствуют формированию трехмерной формы. [10]

Четвертичная структура

Четвертичная структура — это уровень, на котором два или более белков взаимодействуют друг с другом, и называется кооперативностью.

Когда кооперативность применяется к композиции ферментов, она классифицируется как аллостерический фермент.А аллостерические ферменты обычно являются ферментами, ограничивающими скорость. Это белки, которые контролируют определенный этап пути. Следовательно, фермент, ограничивающий скорость, участвует в стадии, которая называется «стадией ограничения скорости». Если ограничивающий скорость фермент становится медленнее, то последующие или последующие шаги также замедляются. Верно и обратное. Если ограничивающий скорость фермент станет более эффективным, он увеличит скорость реакции, потому что последующие стадии в конечном итоге происходят раньше.Таким образом, по определению, ограничивающий скорость фермент должен быть самым медленным катализатором реакции. Следует также упомянуть, что большинство генетических состояний, которые являются клинически значимыми, влияют на ограничивающий скорость фермент биохимической реакции.

Кинетическая кривая фермента будет иметь определенную форму, если белок является аллостерическим. Наиболее вероятное подтверждение — сигмовидное, что имеет значение при элиминации первого порядка. Хотя фармакокинетические аспекты выходят за рамки данной статьи, необходимо понимать, что выведение первого порядка связано с концентрацией субстрата и Vmax.Когда белки имеют несколько активных центров, их Vmax увеличивается. Говорят, что белки насыщены, когда субстрат занимает все активные центры. Клинически это то, как белковые каналы и переносчики влияют на скорость клубочковой фильтрации [11].

Вовлеченные системы органов

Диета

В целом, белковые продукты животного происхождения, такие как яйца, молочные продукты, мясо и морепродукты, содержат все девять незаменимых аминокислот в достаточном количестве.Продукты на основе сои уникальны, потому что они безвкусны и содержат все девять незаменимых аминокислот в достаточном количестве. Большинство других растительных продуктов, включая цельнозерновые, орехи, бобовые и семена, содержат высокий уровень одних аминокислот и низкий уровень других. Было бы неправильно предполагать, что продукты животного происхождения содержат больше белка, чем продукты растительного происхождения. Чашка тофу содержит столько же граммов белка, сколько 30 грамм стейка, курицы или рыбы. Полстакана чечевицы содержит больше граммов белка, чем яйцо.Не все растительные продукты содержат одни и те же аминокислоты, поэтому употребление разнообразных растительных продуктов может обеспечить все девять основных компонентов. Например, сочетание источников белка, таких как рис и бобы, хумус и лаваш, или овсянка с миндальным маслом. Однако, с точки зрения объема, может потребоваться употребление большего количества продуктов растительного происхождения, чтобы получить такое же количество белков и аминокислотный профиль, обеспечиваемый белками животного происхождения. [12]

Пищеварение

Когда пища достигает желудка, соляная кислота денатурирует белок, разворачивая его и делая аминокислотную цепь более доступной для ферментативного действия.Затем пепсин, белок, продуцируемый главными клетками желудка, расщепляет любой доступный белок на более мелкие олигопептидные цепи, которые затем перемещаются в двенадцатиперстную кишку. Второй набор пищеварительных ферментов, вырабатываемых поджелудочной железой, дополнительно расщепляет олигопептиды на трипептиды, дипептиды и отдельные аминокислоты. Все эти продукты могут поглощаться клетками кишечника, где дипептиды и трипептиды превращаются в аминокислоты. Некоторые аминокислоты являются частью процесса синтеза кишечных ферментов и новых клеток.Большинство из них попадает в кровоток и переносится в другие части тела.

Брутто Анатомическое проявление

Волосы — это белок, который содержит множество изгибов и поворотов. Поэтому неудивительно, что волосы содержат множество дисульфидных связей. Тепло денатурирует белки; вот почему люди могут распаривать волосы, чтобы «расслабиться» и выпрямить очень вьющиеся волосы. Системы органов в организме, обладающие бета-складчатыми листами, требуют плоских тканей, таких как плоские кости и кожа.[13]

Функция

Белки играют важную роль в биохимии человека . Основная роль заключается в обеспечении строительных блоков тела. Они являются предшественниками нескольких биологически значимых молекул. Следовательно, избыток или недостаток белка может привести к заболеванию, которое может привести к дефектам нервной системы, метаболическим проблемам, отказу органов и даже смерти.

Биохимические функции

Ферментные белки ускоряют реакцию в качестве катализатора.Катализированные реакции протекают в миллион или более раз быстрее. Ферменты обычно имеют в названии суффикс «-аза». Исключение составляют ферменты, обнаруженные до начала схемы наименования. Каждый фермент регулируется конкурентными и неконкурентными ингибиторами и / или аллостерическими молекулами. Ферменты могут катализировать пути производства или разрушения биологических молекул. Изменения ферментов могут привести к заболеванию или лечению. Определенные аминокислоты образуют сайт связывания субстрата фермента. Сайт связывания субстрата — это «активный сайт».«Это служит в химических реакциях. Субстраты могут быть гидрофобными, гидрофильными, заряженными, незаряженными, нейтральными или их комбинациями. Мутации, которые изменяют аминокислоты в активном центре, изменяют активность фермента. Субстрат присоединяется к ферменту, который выстлан совместимыми аминокислотами. кислоты. Если эти аминокислоты изменяются, субстрат может не соединяться, что делает фермент нефункциональным. То, как субстрат взаимодействует с активным центром, означает «сродство» этого фермента. Более высокое сродство означает, что для добиться реакции.Мутация, изменяющая активный сайт, может повышать или понижать аффинность. [14]

Структурные функции

Белки служат структурными элементами клеток и тканей — белки актин и тубулин образуют актиновые филаменты и микротрубочки. В мышцах актин обеспечивает «основу», на которой миозин может вызывать сокращение мышц. [15]

Кинетический Функции

Моторные белки транспортируют молекулы внутри клетки, обеспечивают движение определенных частей отдельных клеток, участвующих в специализированных функциях, генерируют крупномасштабные движения жидкостей и полутвердых веществ, такие как циркуляция крови и движение пищи через пищеварительный тракт и, наконец, обеспечивают движение человеческого тела через свои скелетные мышцы.Миозин — это белок с гидрофобным хвостом, головной группой, которая может присоединяться и отделяться от актиновых нитей, и «шарнирной» частью, которая перемещает головную группу вперед и назад, приводя к движению [16].

Каналы

Каналы необходимы для транспортировки питательных веществ в клетки и из них, а также для нервных сигналов и избирательной фильтрации молекул в почках. Это проиллюстрировано тем, что внутриклеточная концентрация калия в клетке млекопитающего составляет приблизительно 140 миллимолей на клетку, а натрия — от 5 до 15 миллимолей.Внеклеточная среда имеет концентрацию калия 5 моль и концентрацию натрия 145 миллимоль. специфические для калия каналы отвечают за регулирование этих концентраций в своих соответствующих компартментах [17].

Механизм

Трансляция

Синтез белка инициируется GTP, который заставляет рибосомные единицы собираться и запускать процесс элонгации, который превращает первичный транскрипт в аминокислотную последовательность, формирующую фундаментальную структуру белка.Эукариотические рибосомные субъединицы — это 40-е и 60-е, тогда как прокариотические рибосомные субъединицы — 30-е и 50-е. Рибосомная субъединица эукариот — это 80-е гг. Прокариотическая рибосомная субъединица 70-х гг. S не представляет размер субъединиц, поэтому не следует предполагать, что общая сумма для комплекса субъединиц является суммой двух отдельных субъединиц. «S» представляет собой коэффициент седиментации, при котором каждый белок проявляет при центрифугировании. Процесс удлинения — это то, как создается первичная структура белка, который также известен как транслокация.ТРНК связывается с определенной позицией, называемой сайтом. Затем TRNA перемещается в сайт гороха, где доставляет аминокислоту в конец растущей полипептидной цепи. Наконец, тРНК перемещается на электронный сайт, откуда и выходит.

Сопутствующие испытания

Секвенирование белков

Существует несколько лабораторных методов, используемых для определения характеристик белка. Это тесты, которые определяют тип, количество и заряд аминокислот в белке.

Кислотный гидролиз

• Используется для определения типов аминокислот в белке.
• Этот метод не может определить последовательность.
• Кислотный гидролиз выполняется путем погружения белка в кислоту, которая денатурирует белок. [18]

Гель-электрофорез

• Использует агарозный гель для разделения белков в основном по размеру.
• Он также может разделять их по заряду, если добавлены электроды.
• Более мелкие белки мигрируют дальше.
• Более крупные белки остаются ближе к стартовому сайту.
• Не секвенирует белки.
• Электрофоретическая картина существует для любого полипептида; поэтому для его обнаружения можно использовать гель-электрофорез. [19]

Нингидрин Реакция

• Это химическая реакция, которая реагирует с аминокислотой на амино-конце (слева).
• Реагирует со всеми аминокислотами, образуя пурпурный цвет.
• Реакция пролина дает желтый цвет.
• Используется для подсчета количества пролинов в конкретном белке. [20]

Деградация Эдмана

• Использует реагент, называемый фенилизотиоцианатом.
• Реагирует с любой аминокислотой, начиная с амино-конца.
• Аминокислоты идентифицируются с помощью тонкослойной хроматографии или высокоэффективной жидкостной хроматографии.
• Процедура точна только до 30 аминокислот.[21]

Рестрикционные пептидазы

• Определяет последовательность путем разделения белка на наборы аминокислот.
• Пептидазы ограничены в том, что они могут распознавать и вырезать.
• Затем используется обратный инжиниринг, чтобы выяснить, как они должны были быть связаны. [22]
• Используется для секвенирования белков.
• Необходимо вывести последовательность.
• Сначала необходимо знать, какие аминокислоты распознают ферменты.
• Трипсин отрезается справа от LYS и ARG.
• Химотрипсин разрезает справа ароматические аминокислоты, PHE, TRP.
• Эластаза разрезает справа от GLY, ALA, SER, трех самых маленьких аминокислот.
• Цианобромид сокращается справа от МЕТ.
• Аминопептидаза разрезает справа от любой аминокислоты на амино-конце.
• Меркаптоэтанол разрушает дисульфидные связи.
• Карбоксипептидаза разрезает слева от любой аминокислоты на карбоксильном конце.

Патофизиология

Дисфункциональный белок может привести к различным заболеваниям и, часто, к смерти. Дисфункциональные белки могут привести к ожирению у детей , разрушению сетчатки, ведущему к слепоте, потере слуха и диабету 2 типа.

Возьмем, к примеру, белковые реснички и то, как проявляется их дисфункция.

• Недостаточные реснички в жгутиках приводят к нарушению подвижности сперматозоидов.
• Дефект ресничек дыхательных путей приводит к хроническим легочным инфекциям.
• Дисфункция ресничек евстахиевой трубы вызывает хронические инфекции уха и потерю слуха.
• Дисфункциональные реснички маточных труб вызывают бесплодие.

Инфекционные

Многие инфекционные агенты действуют, имитируя дополнительные белки человека и связываясь с факторами удлинения. Хотя бактерии ингибируют белки, вирусы фактически «захватывают» и используют аппарат синтеза белка хозяина для размножения и дальнейшего заражения. Инфекционные, неправильно свернутые белки, называемые «прионами», сокращенно от «белковые и инфекционные вирионы», инфицируются как нормально свернутый белок, затем реплицируются и неправильно складываются в β-листы, называемые «амилоидная складка».«Они собираются в амилоидные бляшки и создают« дыры »в ткани, создавая« губчатый »вид. Прионы поражают нервную ткань, вызывая опасные и смертельные неврологические симптомы. [23]

Хрящевые

Мутации, изменяющие структуру коллагена, способствуют частым переломам , легкие синяки, слабые суставы и потеря слуха из-за аномалии костей внутреннего уха. [24]

Enzymatic

Генетическое заболевание может вызвать дефицит фермента, необходимого для преобразования аминокислот в нейротрансмиттеры и пигмент кожи.Заболевание возникает не из-за снижения уровня аминокислот, а из-за их высокой концентрации. Это способствует активности второстепенного ферментативного пути, производящего токсичные продукты. Наличие этих продуктов в крови проверяется в рамках стандартного неонатального тестирования. Пациенты обычно проявляют признаки альбинизма, светлые волосы, бледно-голубые глаза и запах токсичных продуктов в их поте, моче, коже и волосах. Лечение этого заболевания заключается в соблюдении диеты с низким содержанием определенных аминокислот.[25]

Мышечный

Заболевания белков скелетных мышц могут вызывать быстрое разрушение, что приводит к неспособности ходить. [26]

Осмотический

Неправильно свернутые белки могут вызывать множество клинически значимых заболеваний. В частности, это муковисцидоз, аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное дефектом белка CFTR хлоридного канала, который регулирует движение воды, хлоридов и выработку слизи. Обычно этот белок является каналом, по которому хлорид выходит из клеток, чтобы сбалансировать тонус соли и воды.Натрий — это ион, который движется противотоком, чтобы сбалансировать осмоляльность между компартментами. Это важно для железистых тканей, которые выделяют большие концентрации хлорида натрия. Слизистые пробки, рецидивирующие инфекции, бесплодие и желудочно-кишечная дисфункция — частые проявления. [27]

Многофакторный

Реагенты острой фазы, вызываемые в основном ИЛ-6, производимыми макрофагами, а также Т-хелперами. Слишком много белков острой фазы может откладываться в любом месте тела.Неспецифическое отложение называется амилоидозом. Отложение в сосудистой сети нарушает их целостность. Уменьшается соответствие стенок кровеносных сосудов, что приводит к меньшей растяжимости; это увеличивает вероятность разрыва кровеносного сосуда при повышении давления — массивное внутримозговое кровоизлияние у молодого человека, у которого в анамнезе не было гипертонии или травм. Диагностическое подтверждение подтверждается окрашиванием конго красным, которое показывает характерное двойное лучепреломление яблочно-зеленого цвета [28].

Бета-амилоид или тау-белок присутствует как при возрастной, так и при связанной с синдромом Дауна болезни Альцгеймера (бета-липопротеин E4 более специфичен для болезни Альцгеймера).У населения в целом этот белок окисляется, вызывая болезнь Альцгеймера. Нейрофибриллярные клубки — это проявление тау-белка, подвергающегося окислению и агрегации. При синдроме Дауна организм не может отщеплять бета-липопротеин от белка-предшественника амилоида. В результате накапливается бета-липопротеин, который вызывает раннее начало болезни Альцгеймера.

Клиническая значимость

Признаки и симптомы

• Недоедание
  • Деменция
  • Пеллагра (The 3 Ds)
    • Депрессия
    • Дерматит
    • Диарея
  • Психические изменения
  • Анорексия
  • Похудание
  • Глосситис
• Энцефалопатия
  • Путаница
  • Кома
  • Астериксис
  • Fetor hepaticus [29]
• Энтеропатия
  • Кишечная дисфункция
  • История трансплантации органов
  • Сосудистый застой
  • Язвенный отек
  • Асцит
  • Альфа-1 дефицит антитрипсина
  • Недавняя сцинтиграфия Tm99

Фармакотерапия

• Цефалоспорины могут связываться с пенициллин-связывающими белками, тем самым подавляя синтез клеточной стенки бактерий.
• Макролиды и Линкозамид оба связываются с 50-й рибосомной субъединицей, которая ингибирует синтез бактериального белка
• Аминогликозиды и Тетрациклины оба связываются с 30-й рибосомной субъединицей, которая блокирует связывание аминоацил-тРНК, тем самым подавляя синтез бактериального белка. [30]

Лабораторная медицина

• Концентрация белка в плазме и сыворотке составляет примерно 7.0 г / дл / л
• Концентрация белка в спинномозговой жидкости составляет приблизительно 0,48 г / дл / л
• Концентрация белка в моче составляет примерно 1,5 г / день
• Концентрация белка в сыворотке составляет примерно 140 мэкв / л
• Примерно 50% сывороточного белка составляет альбумин.
  • Гипоальбуминемия составляет примерно <2,5 г / дл.
• Примерно 48% сывороточного белка составляет глобулин. [31] Состав такой:
  • Alpha 1: примерно 5.7%
  • Alpha 2: примерно 9,4%
  • Бета: примерно 11,6%
  • Гамма: приблизительно 17%

Скорость оседания эритроцитов и реактивный белок

Если в плазме слишком много белков, это может быть отражено в лабораторных исследованиях по повышенной скорости оседания эритроцитов (СОЭ) или С-реактивному белку (СРБ). СОЭ — это анализ крови, который определяет скорость осаждения эритроцитов во время центрифугирования за один час.CRP — это опсонин, который связывается с поверхностью мертвых клеток для активации системы комплемента. Повышение CRP указывает на неспецифическое воспаление. Повышенная СОЭ не указывает, какие белки увеличились. Другими факторами, влияющими на СОЭ, являются микроцитарная анемия, серповидно-клеточная анемия и полицитемия. Ценность СОЭ заключается в ее способности определять воспалительный или невоспалительный процесс.

Представьте себе флакон с плазмой пациента. Встряхните и переверните вверх дном.Подсчитайте, сколько времени нужно, чтобы один эритроцит опустился на дно. Как только он достигает дна, часы останавливаются. Если он достигает дна быстро, то скорость осаждения низкая.

Если белки мешают, эритроциты будут подпрыгивать, пока не достигнут дна; это вызовет высокую скорость осаждения. Анемия вызовет ложно высокую скорость оседания, потому что во флаконе очень мало клеток; только по чистой случайности человеку понадобится много времени, чтобы, наконец, уплыть на дно.

Может возникнуть ложно низкая скорость оседания, если флакон уже заполнен эритроцитами.Следовательно, нет необходимости проводить оценку для пациента с полицитемией, поскольку подсчет клеток будет искажать результат. Серповидная форма красных кровяных телец позволяет клеткам быстрее достигать дна флакона, что делает скорость оседания ложно низкой. [32]

Preventive Health

Диабет

Диеты с высоким содержанием белка могут способствовать снижению веса за счет повышенной чувствительности к инсулину, повышенного окисления жирных кислот, повышения и подавления аппетита, увеличивая чувство сытости.Однако людям с диабетом и подагрой необходимо соблюдать осторожность, поскольку белок может повышать уровень ниацина, что может усугубить симптомы, связанные с подагрой.

Скрининг

Определенные комбинации белков могут быть полезны при обследовании состояния здоровья. Например, определенные комбинации белков имеют более высокую чувствительность для выявления рака, чем тестирование только на один конкретный белок. [33]

TSRI — Новости и обзоры

Зловещие аминокислоты или невинные жертвы эволюции?

Джейсон Сократ Барди

Вырасти левшой сегодня может быть не так сложно, как в прошлые эпохи, когда это считалось признаком гнусности (слово «зловещий» на латыни означает левый).

Тем не менее, поскольку в этом месяце школы по всей стране приступят к своим первым занятиям, определенный процент детей обнаружит, что в мире, где преобладают правши, по-прежнему трудно расти левшами — слишком мало левых парт в большинстве классов, например.

К счастью, у белков никогда не бывает таких проблем.

Белки, как и другие биологические полимеры, состоят из строительных блоков, которые имеют «хиральные» центры — то, что стало называться хиральностью, — в которых атомы расположены асимметрично, так что молекула не может быть наложена на ее зеркальное отображение (точно так же, как левую руку нельзя накладывать поверх правой).Фактически, все строительные блоки аминокислот, из которых состоят натуральные белки, являются левыми.

Но почему? Правые аминокислоты не менее стабильны и не обладают большей реакционной способностью, так почему же природа использует только левосторонние аминокислоты для производства белков?

Один из возможных ответов на этот вопрос может лежать несколько миллиардов лет назад в том, что, по предположениям ученых, могло быть ранним миром пребелковой РНК. Согласно этой теории, существовал древний мир РНК, в котором ферменты РНК были главными каталитическими молекулами, а нуклеотиды РНК были строительными блоками, хранящими генетическую информацию.

Позже, согласно теории, по мере того, как мир РНК эволюционировал в современный мир ДНК-РНК-белков, молекулы РНК начали связывать аминокислоты в белки. Белки гораздо более универсальны в химическом отношении и были бы полезны для форм жизни на основе РНК, которые могли бы их синтезировать. А современный синтез белка, соединение аминокислот — это наследие этого раннего мира РНК.

Хотя это был заманчивый аргумент в течение ряда лет, никто так и не дал экспериментальной поддержки этой концепции.Но теперь научный сотрудник Скриппса Коджи Тамура и профессор Пол Шиммель, который является профессором Эрнеста и Джин Хан и заведующим кафедрой молекулярной биологии и химии, а также членом Института химической биологии Скэггса при Исследовательском институте Скриппса, сделали именно это.

В статье, опубликованной в недавнем выпуске журнала Science , Тамура и Шиммель описывают, как они синтезировали основанную на РНК систему аминоацилирования (присоединения аминокислоты к молекуле РНК) с использованием как левой, так и правой РНК.

Сахарный каркас цепей РНК хиральный — они состоят только из правосторонних сахаров рибозы — и хиральность эволюционно более старой РНК, возможно, определила хиральность аминокислот, используемых для создания эволюционно более молодых белков. Молекулы РНК, которые захватывали аминокислоты, были правосторонними, и в системе, реконструированной Тамурой и Шиммелем, это заставляло их предпочтительно выбирать аминокислоты, которые были левосторонними.

Экспериментально они обнаружили, что правая РНК предпочитает левые аминокислоты, а левосторонняя РНК зеркально отображает правосторонние аминокислоты.Это подтверждает мнение о том, что предпочтение природы левым аминокислотам было определено направленностью РНК в том раннем, пребелковом мире РНК.

Тем не менее, знание того, что левши доминируют на микроскопической сцене, может быть мало утешением для сегодняшних школьников-левшей, которые оказываются отодвинутыми на эти одинокие, обветренные, левши в углу.

Статья Коджи Тамура и Пола Шиммеля «Хирально-селективное аминоацилирование миниспирали РНК» опубликована в номере журнала Science от 27 августа 2004 г.См. Http://dx.doi.org/10.1126/science.1099141.

Отправляйте комментарии по адресу: [email protected]

Первичная структура — биохимия