Методическая разработка лекции

по теме: « ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ. СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ЖИВОТНЫХ. ФУНКЦИИ БЕЛКОВ. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВ. ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА. ВТОРИЧНАЯ, ТРЕТИЧНАЯ, ЧЕТВЕРТИЧНАЯ КОНФОРМАЦИЯ БЕЛКОВ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СВЯЗЕЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В БЕЛКАХ: АМИДНЫЕ, ПЕПТИДНЫЕ, ДИСУЛЬФИДНЫЕ, ГИДРОФОБНЫЕ, ВОДОРОДНЫЕ, ИОННЫЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ ПО ФОРМЕ МОЛЕКУЛ, ПО ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ. ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ »

Дисциплина: Биологическая химия

Специальность: 36.05.01 Ветеринария

Автор – составитель: Лизогуб М.Л.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1	План лекции	4
2	Введение	5
3	Общие свойства белков	6
4	Функции белков в организме человека и животных	7
5	Строение и уровни структурной организации белков	9
6	Первичная структура беков	9
7	Конформация полипептидных цепей	11
8	Третичная структура белка	12
9	Четвертичная структура белка	13
10	Номенклатура и классификация белков	14
11	Учебная литература	15

 

· Содержание лекции направлено на формирование компетенции ПК 1.

· Учебные цели лекции:

а) формирует современные представления о строении молекул белков;

б) дает представление об архитектуре молекулы белка и ее функции;

в) определяет принципы классификации белков;

Продолжительность лекции: 2 часа.

Место проведения: аудитория.

Оснащение:

- методическое: методическая разработка лекции;

- материально – техническое: таблицы, плакаты, оборудование и материалы, приборы ТСО.

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ

Название этапа	Описание этапа	Педагогическая цель этапа	Время этапа, мин
Введение. Понятия о белках.	Исторические предпосылки в процессе изучения белков	Отражается биологическое значения белков и история их изучения	10
Общие свойства белков.	Особенности строения белковых молекул. Особые свойства: эластичность, пластичность, динамичность и конформация их молекул. Принцип образования надмолекулярных белковых комплексов.	Объясняются уникальные свойства белков.	20
Функции белков в организме человека и животных.	Перечисление основных функций белков в организме.	Демонстрируется чрезвычайное функциональное разнообразие белковых молекул	20
Структурная организация белков.	Первичная структура. Вторичная, третичная, четвертичная конформация белков. Основные типы связей и взаимодействий в белках, которые образуют нативную конформацию. Понятие фолдинга.	Формируются знания об определяющем влиянии первичной структуры на характер меж радикальных взаимодействий, форму и функцию молекулы белка.	20
Принципы классификации белков. Простые и сложные белки	Классификация белков по размерам, форме молекулы, растворимости, локализации, строению.	Представляется информация об особенностях строения молекул белков и их физико-химических свойств, на которых основана классификация.	20

 

ВВЕДЕНИЕ

«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел» Эта фраза, высказанная Ф. Энгельсом еще в прошлом веке определяет исключительное место белков в живых системах.

Представление о белках как о классе соединений формировалось в XVIII-XIX вв. В этот период из разнообразных объектов живого мира (семена и соки растений, мышцы, хрусталик глаза, кровь, молоко и т. п.) были выделены вещества, обладающие сходными свойствами: они образовывали вязкие, клейкие растворы, свертывались при нагревании, при их высушивании получалась роговидная масса, при «анализе огнем» ощущался запах паленой шерсти или рога и выделялся аммиак. Поскольку все эти свойства ранее были известны для яичного белка, то новый класс веществ получил название белков. Для обозначения белков в 1838 году голландский химик и врач Г. Я. Мульдер предложен термин протеины, который используется во всей научной литературе, и происходит от греческого слова protos – первый, важнейший, что отражает первостепенное биологическое значение белков.

В дальнейшем в процессе развития методов их разложения кислотами и пищеварительными соками и изучения продуктов гидролиза белков, немецкий химик Э. Фишер (1852-1919) предположил, что белки построены из аминокислот. Это положение послужило основанием для создания в начале XX в. пептидной теории строения белков. В результате работ Э. Фишера стало ясно, что белки представляют собой линейные полимеры α-аминокислот, соединенных друг с другом амидной (пептидной) связью, а все многообразие представителей этого класса соединений могло быть объяснено различиями аминокислотного состава и порядка чередования разных аминокислот в цепи полимера.

Благодаря такому строению белки мало отличаются друг от друга по элементарному составу, но резко по химическому строению, свойствам, функциям и составляют основу всего живого. На долю белков внутри клетки приходится более половины их сухого вещества. В организме человека и высших животных насчитывают около 50 000 индивидуальных белков.

Белковый набор в данном организме определяет его видовую принадлежность, индивидуальную специфичность, особенности его строения и функционирования. Белковый состав в дифференцирующихся клетках организма определяет морфологические и функциональные особенности каждого типа клеток. Информация о специфической структуре и функциях всех белков данного организма хранится в специализированных молекулах и передается потомству.

Наиболее богаты белковыми веществами ткани и органы человека и животных. Большинство этих белков хорошо растворимы в воде. Однако некоторые органические вещества, выделенные из хряща, волос, ногтей, рогов, костной ткани - нерастворимые в воде - также были отнесены к белкам, поскольку по своему химическому составу оказались близки к белкам мышечной ткани, сыворотки крови, яйца. В мышцах, легких, селезенке, почках на долю белков приходится более 70-80% сухой массы, а во всем теле человека и животных до 45-50 % сухой массы.

Источником белка являются также микроорганизмы и растения. В отличие от животных тканей в растениях содержится значительно меньше белков (табл. 1).

Таблица 1. Содержание белков в органах животных и в растениях

Органы и ткани животных	Содержание белков, % (от массы свежей ткани)	Органы и ткани растений	Содержание белков, % (от массы свежей ткани)
Мышцы	18-23	Семена	10-13
Печень	18-19	Стебли	1,5-3
Селезенка	17-18	Листья	1,2-3
Почки	16-18	Корни	0,5-3
Легкие	14-15	Фрукты	0,3-1
Мозг	7-9

 

Распределение белков между субклеточными структурами неравномерно: больше всего их в клеточном соке (гиалоплазме). Содержание белков в органеллах определяется скорее размерами и количеством органелл в клетке.

Для изучения химического состава, строения и свойств белков их обычно выделяют или из жидких тканей, или из богатых белками органов животных, например сыворотки крови, молока, мышц, печени, кожи, волос, шерсти.

 

ОБЩИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ

 

Белкам принадлежит особая роль в жизнедеятельности, так как белковые молекулы играют ключевую роль как в построении структуры живой материи, так и в осуществлении процессов жизнедеятельности.

Почему именно белки являются важнейшим компонентом любой клетки, любого организма нашей планеты? Это связано с тем, что молекулы белков обладают рядом уникальных особенностей, которые несвойственны никаким другим органическим соединениям.

1. Белковые молекулы по своей природе являются полимерами, в которых мономерами служат аминокислоты, соединенные друг с другом при помощи амидных связей, называемых в белках пептидными. В составе белков в организме человека встречают только 20 альфа-аминокислот. Одни и те же аминокислоты присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования аминокислот в белке. Являясь биополимерами, белки характеризуются гигантскими размерами молекул, которые отличаются бесконечным разнообразием структуры при строгой ее специфичности у данного, конкретного белка.

2. Белки характеризуются способностью к конформационной перестройке пространственной формы молекулы, что совместно с интенсивными внутримолекулярными взаимодействиями, обеспечивает динамичность структуры их молекул, изменчивость и пластичность их формы, обратимость переходов из глобулярного состояния в фибриллярное.

Радикалы аминокислотных остатков в составе полипептидных цепей характеризуются различным строением и химическими свойствами, благодаря чему молекулы белков в целом и их отдельные части способны вступать в разнообразные химические и физические взаимодействия как друг с другом, так и с нуклеиновыми кислотами; полисахаридами, липидами и т. п., образуя надмолекулярные комплексы, составляющие основу субклеточных структур. В основе формирования надмолекулярных комплексов лежит механизм безошибочного «узнавания» специфическими участками белковых молекул других структур, и ассоциации их друг с другом по принципу самосборки. Многочисленные и разнообразные биополимеры, входящие в состав живого вещества, в значительной мере реально существуют в виде биокомплексов, т. е. соединений нуклеиновых кислот и белков, полисахаридов и белков, липидов и белков, полисахаридов и липидов, различных белков друг с другом и т. п. Благодаря этому возникают новые свойства и качества, не присущие биополимерам в свободном состоянии.

Высшей ступенью надмолекулярной организации биополимеров в клетке являются субклеточные частицы. Сочетание белков с липидами дает начало мембранам эндоплазматической сети, митохондрий, лизосом и т. п. Соединение белков с полисахаридами характерно для клеточных стенок.

Рибонуклеиновые кислоты, взаимодействуя с белками, образуют рибонуклеопротеиновые частицы, в том числе рибосомы. Комплексирование ДНК с белками и небольшим количеством РНК приводит к образованию хроматина, а на его основе-хромосомного и, в конечном счете, ядерного аппарата клетки.

3. Молекулы белков способны закономерно изменять свою структуру под влиянием внешнего воздействия и восстанавливать исходное состояние при его снятии, что открывает путь к управлению биохимическими процессами на молекулярном уровне. Кроме того, это свойство открывает путь клетке к процессам акцептирования, трансформации и генерации энергии.

4. Большая группа белков обладает уникальной способностью каталитическим путем обеспечивать интенсивность биохимических реакций в клетках, достаточную для жизнедеятельности.

 

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

Молекулы белков характеризуются чрезвычайным функциональным разнообразием, поэтому трудно назвать процессы, в которых белки не принимают участия. Лишь генетическая функция принадлежит не белкам, а нуклеиновым кислотам, структура которых приспособлена для записи и воспроизведения генетической программы. По образному выражению одного из основоположников молекулярной биологии Ф. Крика, белки важны прежде всего потому, что они могут выполнять самые разнообразные функции, причем с необыкновенной легкостью и изяществом.