Реферат - Классификация сложных белков. Гликопротеины. Лектины растительных организмов. Защитные белки
Подождите немного. Документ загружается.
Иммуноглобулины Е
Иммуноглобулины Е представлены мономерами, в которых тяжелые Е-цепи содержат, так же как и μ-
цепи, 1 вариабельный и 4 константных домена.
1gЕ после секреции связываются своими С-концевыми участками с соответствующими рецепто-
рами на поверхности тучных клеток и базофилов. В результате они становятся рецепторами для
антигенов на поверхности данных клеток (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Взаимодействие 1gЕ с антигеном на поверхности тучной клетки.
После присоединения антигена к соответствующим антигенсвязывающим участкам 1gЕ клетки по-
лучают сигнал к секреции биологически активных веществ (гистамина, серотонина), которые в
большой мере ответственны за развитие воспалительной реакции и проявление таких
аллергических реакций, как астма, крапивница, сенная лихорадка.
11
Глава 3. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ БЕЛКА
3.1. Активный центр белка и специфическое взаимодействие белка с
лигандом
Информация, записанная в линейной последовательности аминокислотных остатков в пептидной цепи,
воспроизводится в пространственную структуру.
1. Центр связывания белка с лигандом, или активный центр. На поверхности глобулы
образуется участок, который может присоединять к себе другие молекулы, называемые
лигандами.
Центр связывания с лигандом, или активный центр, формируется из радикалов
аминокислотных остатков, сближенных на уровне третичной структуры. В линейной
пептидной цепи они могут находиться на расстоянии, значительно удаленном друг от друга.
2. Белки проявляют высокую специфичность (избирательность) при взаимодействии с
лигандом.
3. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается
комплементарностью структуры активного центра структуре лиганда. Комплементарность
— это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей.
4. В основе функционирования белков лежит их специфическое взаимодействие с
лигандами.
50 000 индивидуальных белков, содержащих уникальные первичные структуры, формируют
уникальные активные центры, способные связываться только со специфическими
лигандами и благодаря особенностям строения активного центра проявлять свойственные
им функции.
12
Можно сказать, что в первичной структуре содержится информация о функции белков.
Миоглобин (МЬ) — белок, находящийся в красных мышцах. Участвует в создании запасов О
2
.
Содержит белковую часть — апоМЬ и небелковую часть - гем. Первичная структура апоМb пред-
ставлена последовательностью из 153 аминокислот. Вторичная структура содержит 8 α-спиралей
(называемых латинскими буквами от А до Н), содержащих от 7 до 23 аминокислот. Третичная
структура имеет вид компактной глобулы, образованной за счет петель и поворотов в области не-
спирализованных участков белка.
Внутренняя часть молекулы почти целиком состоит из гидрофобных
радикалов, за исключением 2 остатков Гис, располагающихся в активном центре.
Гем — специфический лиганд апоМЬ. Он взаимодействует с апоМЬ в углублении между 2
спиралями F и Е.
Гидрофобные пиррольные кольца тема окружены гидрофобными радикалами апоМb, в
частности Три
3 9
Фен
138
. В активный центр МЬ входят также 2 остатка Гис: Гис
64
и Гис
93
Гис
93
необходим для образования координационной связи с атомом Fе
2+
гема.
Другой Гис
64
необходим для правильной ориентации другого лиганда — О
2
при
взаимодействии его с Fе
2+
тема. Микроокружение тема создает условия для обратимого
связывания О
2
с Fе
2+
и препятствует его окислению в Fе
3+
(рис. 1.14).
3.2. Доменная структура и ее роль в функционировании белков
1. Длинные полипептидные цепи часто складываются в несколько компактных, относительно не-
зависимых областей. Они имеют самостоятельную третичную структуру, напоминающую
таковую глобулярных белков, и называются доменами.
Благодаря доменной структуре белков легче формируется их трехмерная структура.
2. Центры связывания белка с лигандом часто располагаются между доменами (например, центр связы-
вания трипсина с его лигандом - пищевым белком). Разные домены в белке могут перемещаться
относительно друг друга при взаимодействии с лигандом (например, в молекуле гексокиназы).
В некоторых белках домены выполняют самостоятельные функции, связываясь с различными
лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками.
Трипсин
— протеолитический фермент, участвующий в гидролизе пептидных связей в
молекулах пищевых белков в кишечнике. В молекуле трипсина имеется 2 домена,
разделенных бороздкой. На внутренней поверхности этих доменов, формирующих
бороздку, располагаются радикалы Сер
177,
Гис
40
и Асп
85
, участвующих в связывании
фермента с пептидами и их гидролизе.
13
Гексокиназа -
фермент, катализирующий фосфорилирование глюкозы с помощью АТФ.
Активный центр располагается в расщелине между 2 доменами. При связывании
гексокиназы с глюкозой окружающие ее домены смыкаются, и субстрат оказывается в
«ловушке», где протекает фосфорилирование (рис. 3.1.).
3. Лигандами, взаимодействующими с трехмерной структурой пептидной цепи, могут быть не
только низкомолекулярные органические и неорганические молекулы, но и макромолекулы -
ДНК (см. рассмотренные выше примеры с ДНК-связывающими белками), РНК,
полисахариды, белки. В этих случаях белок узнает определенный участок лиганда, соразмерный
и комплементарный центру связывания.
Рис. 3.1Связывание гексокиназы с глюкозой.
3.3. Ингибиторы белковых функций
Взаимодействие белков с лигандами специфично. Однако всегда можно подобрать другое вещест-
во, которое также могло бы взаимодействовать с белком в активном или ином участке молекулы.
1. Вещество, взаимодействующее с белком и подавляющее его функцию, называется ингибитором.
Ингибиторы белковых функций могут быть лекарствами и ядами.
2. Вещество, по структуре похожее на природный лиганд, называют структурным аналогом
лиганда или неприродным лигандом. Оно также взаимодействует с белком в активном центре.
3. Лиганд и ингибитор конкурируют друг с другом за связывание в одном центре связывания. Та-
кие ингибиторы называются конкурентными.
4. Многие лекарственные препараты являются ингибиторами белковых функций. Некоторые
из них получаются при химической модификации природных лигандов.
14
Ацетилхолин — медиатор передачи возбуждения в холинергических синапсах. Для проведения воз-
буждения выделившийся в синаптическую щель ацетилхолин должен взаимодействовать с
белком-рецептором постсинаптической мембраны. Обнаружены два типа рецепторов,
взаимодействующих с ацетилхолином: М и Н. М-рецептор избирательно взаимодействует с
мускарином (токсином мухомора), а Н-рецептор — с никотином.
Специфическим ингибитором М-холинорецепторов является атропин. Он содержится в расте-
ниях красавке и белене.
Атропин имеет в структуре схожие с ацетилхолином функциональные группы (конкурентный
ингибитор рецептора). Учитывая, что связывание ацетилхолина с М-холинорецепторами
вызывает сокращение многих гладких мышц, атропин используется как лекарство, снимающее
их спазм (спазмолитик). М-холинорецепторы имеются и в ЦНС.
15
Глава 4. ПРОБЛЕМА БЕЛКА В МЕДИЦИНЕ
4.1. Белки плазмы крови.
Из 9-10 % сухого остатка плазмы крови на долю белков приходится 65-85 г/л. Нормальное
содержание альбуминов в плазме крови составляет 40-50 г/л, глобулинов — 20-30 г/л,
фибриногена — 2-4 г/л. Физиологическая роль белков плазмы крови многогранна:
1. Поддержание онкотического давления и тем самым сохранение объема циркулирующей
крови. В этом процессе особенно велика роль альбуминов.
2. Участие в свертывании крови. Ряд белков плазмы, в том числе фибриноген, являются
компонентами системы свертывания крови.
3. Поддержание постоянного рН крови.
4. Транспортная функция. Белки плазмы переносят нерастворимые вещества (липиды,
билирубин, жирные кислоты, жирорастворимые витамины и др.) в ткани и органы.
5. Участие в иммунных процессах организма. Сывороточные иммуноглобулины входят в
состав фракции γ-глобулинов сыворотки крови.
6. Поддержание уровней катионов в крови путем образования с ними соединений. Например,
40-50 % ионов Са
2+
и других элементов связаны с белками сыворотки.
7. Сывороточные белки образуют «белковый резерв» организма. При голодании они
могут распадаться до аминокислот, которые используются для синтеза белков головного
мозга, миокарда и других органов.
4.2.Клиническое значение исследования общего белка и белковых
фракций крови
В клинической практике часто встречаются состояния, характеризующиеся изменением
общего количества белков плазмы крови.
Гиперпротеинемия — увеличение общего содержания белков плазмы. Диарея у детей,
рвота при непроходимости верхнего отдела тонкой кишки, обширные ожоги, потеря воды
могут вызвать повышение концентрации белков.
При ряде патологических состояний могут наблюдаться гиперпротеинемии,
обусловленные резким увеличением количества γ-глобулинов (при миеломной болезни).
16
Гипопротеинемия —уменьшение общего количества белка в плазме крови — возникает
главным образом за счет уменьшения количества альбуминов (при нефротическом
синдроме, при острой атрофии печени, поражении желудочно-кишечного тракта,
карциноме и др.).
Диспротеинемия — изменение процентного соотношения отдельных белковых фракций,
хотя общее содержание белка в сыворотке крови остается в пределах нормы.
При остром гепатите, циррозе печени и застойных желтухах отмечается уменьшение
содержания ЛВП — α-липопротеинов в сыворотке крови, а при хроническом гепатите
содержание ЛВП — α-липопротеинов нередко увеличивается. При нефротическом
синдроме, микседеме, ксантоматозе, атероскл
ерозе увеличивается содержание ЛНП — β-
липопротеинов. Увеличение содержания гликопротеинов в плазме крови наблюдается при
туберкулезе, плевритах, пневмониях, остром ревматизме, гломерулонефритах,
нефротическом синдроме, диабете, инфаркте миокарда, подагре, при остром и хроничес-
ком лейкозе, миеломе, лимфосаркоме.
4.3. Изменение белков сыворотки крови при некоторых
заболеваниях
Содержание альбуминов в сыворотке крови снижается при недостатке белков в пище,
кахексии, нефрозе, воспалительных процессах, инфекциях, циррозе печени,
анальбуминемии.
Содержание α
2
-глобулинов в сыворотке крови повышается при острых инфекциях, некрозах,
остром ревматизме, экссудативном туберкулезе, нефрозе, карциномах.
Содержание β-глобулинов в сыворотке крови повышается при застойной желтухе, гепатитах,
нефрозах, β-миеломах.
Содержание γ-глобулинов в сыворотке крови повышается после перенесенных
инфекционных заболеваний, воспалительных процессов.
17
4.4. Отдельные наиболее изученные белки плазмы
Гаптоглобин входит в состав α
2
- глобулиновой фракции. Этот белок способен
специфически соединяться с гемоглобином.
Ингибиторы трипсина находятся в зоне α
1
- и α
2
– глобулинов. В норме концентрация
этих белков равна 200-250 мг/ 100 мл, но при воспалительных заболеваниях, при беременности
содержание ингибиторов трипсина увеличивается.
Трансферрин относится к β-глобулинам, образует комплекс с ионами железа (+3).
Концентрация трансферрина в сыворотке крови составляет 290 мг/100 мл.
Церулоплазмин содержит 0,32% меди. Функция церулоплазмина заключается в
специфическом связывании и транспорте ионов меди.
С-реактивный белок (белок «острой фазы») отсутствует в сыворотке крови здорового
человека, но обнаруживается при многих патологических состояниях» сопровождающихся
воспалением и некрозом тканей (ревматизме, пневмококковой, стрептококковой или
стафилококковой инфекциях, инфаркте миокарда и др.). При электрофорезе этот белок
перемещается совместно с β-глобулинами.
Интерферон — специфический белок, синтезируемый в клетках организма в результате
воздействия вирусов. Этот белок обладает способностью угнетать размножение вирусов в
клетках.
Иммуноглобулины — входят в состав фракции γ-глобулинов. Существенно изменяются при
заболеваниях печени. При хроническом гепатите отмечается повышение IgG, при
алкогольном циррозе IgA, при первичном билиарном циррозе IgM. Концентрация IgA в
сыворотке крови увеличивается при бронхиальной астме, лихорадке, аскаридозе, миеломах.
Современные физико-химические методы исследования позволили открыть и описать около 200
различных белковых компонентов плазмы крови. При этом особое значение приобрело
электрофоретическое разделение белков сыворотки крови.
Альбумины: М = 69000Д, состоят из 1 полипептидной цепи (61 О АК), имеют большой
отрицательный заряд, синтезируются в печени» участвуют в транспорте лекарств, ионов Са
2+
Мg
2+
, прогестерона, холестерина, желчных пигментов, ВЖК, выполняют детоксикациониую
роль.
Глобулины — гетерогенная сложная смесь белковых молекул, являются гликопротеинами
(10-40% — углеводы, 90-60% — белки).
18
α- Глобулины (90% синтезируются в печени) включают α-антитрипсин и α-кислый
гликопротеин. В норме содержание α-антитрипсин 2-5 г/л, при воспалении его
концентрация резко увеличивается (белок «острой фазы воспаления»).
Содержание α-кислый гликопротеин в норме 0,5-1,4 г/л, является белком «острой фазы
воспаления».
α -Глобулины транспортируют витамины А, В
12
, гидрокортизол, тироксин, кортизол.
α
2
-Глобулины (70% синтезируются в печени) включают церулоплазмин, гаптоглобин, а
2
-
макро-глобулин (цинкосодержащий белок).
В норме: церулоплазмин — 0,25-0,45 г/л, гаптоглобин — 0,35 г/л,
Гаптоглобин связывает гемоглобин, предотвращая его выделение почками.
β-глобулины (50% синтезируются в печени) включают фракции трансферрина (2-4 г/л),
гемопексина (0,5-1 г/л), С-реактивный белок (который появляется в острой фазе).
γ-глобулины (10% синтезируются в печени, 90% синтезируются В-лимфоцитами), γ-глобулины
— это Иммуноглобулины (антитела) — эффекторы гуморальной иммунной системы. Они
распознают попавшие в организм бактерии, вирусы или чужеродные белки (антигены) и
нейтрализуют их.
4.5. Специфичность белков
Видовая специфичность – это специфичность состава белков, благодаря которой
представители одного вида отличаются от другого вида. В ответ на введение чужеродного
белка, являющегося антигеном, вырабатываются антитела. Выработанные антитела при
последующем дальнейшем введении этого чужеродного белка связывают его, происходит
реакция антиген – антитело.
4.6. Использование видовой специфичности в медицине
В судебной медицине с помощью антител против сывороточных белков человека
отличают пятна крови человека от животных, устанавливают отцовство или материнство при
замене детей, установлении родства.
В бактериологии с помощью специфичных сывороток проводят:
1. Типирование различных классов микроорганизмов.
19
2. Диагностику инфекционных заболеваний.
В диагностике опухолей используют стандартные антисыворотки, выработанные на
антигены опухолевой ткани. В дальнейшем к сыворотке крови обследуемого человека
прибавляют стандартные антисыворотки. Если в сыворотке крови есть антитела против
опухолевых клеток, то произойдет реакция преципитации антиген – антитело.
4.7. Индивидуальная специфичность белков
Каждый человек имеет свой строго специфический индивидуальный набор белков.
«Главный» комплекс тканевой совместимости HLA кодирует биосинтез белков тканевой
совместимости двух типов:
1. Интегральных белков плазматических мембран клеток – гликопротеинов.
2. Белков- ферментов, участвующих в биосинтезе детерминантных групп на
поверхности мембран клеток.
Вследствие наличия на поверхности мембран клеток интегральных белков с
различными детерминантами клетки одного человека антигены для другого.
При пересадке органов и тканей необходим подбор по белковым детерминантам
донора и реципиента.
Это около 70 видов антигенов различных комбинаций. Добиваются максимального
совпадения по белковым детерминантам пересаженного органа и клеток «хозяина»,
пытаясь «обмануть» иммунную систему реципиента.
Реакцию отторжения можно подавить путем применения иммунодепрессантов и
использованием облучения.
20