Когда в анализе есть неструктурные белки

Структура и молекулярная масса РНК-геномов вирусов животных

В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез двух групп белков: 1) структурных, которые входят в со­став вирусных частиц потомства, и 2) неструктурных, которые обслуживают процесс внутриклеточной репродукции вируса на разных его этапах, но в состав вирусных частиц не входят.

Количество структурных белков в составе вирусной частицы варьирует в широких пределах в зависимости от сложности организации вириона. Наибо­лее просто организованный вирус табачной мозаики со­держит всего один небольшой белок с молекулярной массой 17-18·10 3 , некоторые фаги содержат 2-3 белка, просто организованные вирусы животных — 3-4 белка. Сложно устроенные вирусы, такие как вирусы оспы, содержат более 30 структурных белков.

Структурные белки делятся на 2 группы:

1) капсидные белки, образующие капсид, т. е. футляр для нуклеиновой кислоты вируса (от лат. capsa — вме­стилище), и входящие в состав капсида геномные белки и ферменты;

2) суперкапсидные белки, входящие в состав суперкапсида, т. е. наружной вирусной оболочки.

Поскольку суперкапсид называют также «пеплос» (от греч. peplos — покров, мантия), эти белки называют пепломерами.

Просто организованные вирусы, представляющие собой нуклеокапсид, содержат только капсидные белки. Сложно организованные вирусы содержат капсидные и суперкап­сидные белки.

Капсидные белки. Первоначальное представление о том, что капсидные белки являются всего лишь инерт­ной оболочкой для вирусной нуклеиновой кислоты, сложи­лось на основании изучения наиболее просто организо­ванного вируса табачной мозаики, частица которого со­стоит из одной молекулы РНК и одного типа белка, образующего чехол для РНК.

Однако такое представление неправильно. Хотя основной функцией капсидных белков является функция защиты вирусного генома от неблагоприятных воздействий внешней среды, у многих вирусов в составе капсида есть белки и с другими функциями. Поэтому термин «капсид» далеко выходит за пределы представления о нем как о футляре или чехле для вирус­ной нуклеиновой кислоты.

В составе капсида некоторых вирусов (пикорнавирусы, паповавирусы, аденовирусы) содержатся белки, ковалентно связанные с вирусным геномом (геномные белки). Эти белки являются терминальными, т. е. соединенными с концом вирусной нуклеиновой кислоты. Функции их неразрывно связаны с функциями генома и их регуля­цией»

У ряда сложно организованных вирусов в составе кап­сида имеются ферменты, осуществляющие транскрипцию и репликацию вирусного генома — РНК и ДНК (РНК и ДНК-полимеразы), а также ферменты, модифицирую­щие концы иРНК. Если ферменты и геномные белки представлены единичными молекулами, то капсидные бел­ки представлены множественными молекулами. Эти белки и формируют капсидную оболочку, в которую у сложно организованных вирусов вставлены молекулы белков с дру­гими функциями.

Основным принципом строения капсидной оболочки вирусов является принцип субъединичности, т. е. построе­ние капсидной оболочки из субъединиц — капсомеров, обра­зованных идентичными полипептидными цепями. Правильно построенные белковые субъединицы — капсомеры возникают благодаря способности вирусных капсидных белков к самосборке. Самосборка объясняется тем, что упорядоченная структура — капсид имеет наименьшую свободную энергию по сравнению с неупорядоченными белковыми молекулами. Сборка капсидной оболочки из субъединиц запрограммирована в первичной структуре белка и происходит самопроизвольно или при взаимодействии с нуклеиновой кислотой.

Принцип субъединичности в строении вирусного капси­да является универсальным свойством капсидных белков и имеет огромное значение для вирусов. Благодаря этому свойству достигается огромная экономия генетического материала. Если бы капсидная оболочка была построена из разных белков, то на кодирование ее потребовалась бы основная часть генетической информации, заложенной в вирусном геноме. В действительности на кодирование, например, одной полипептидной цепи вируса табачной мозаики, расходуется менее 10 % генома. Далее, в меха­низме самосборки заложена возможность контроля за полноценностью вирусных полипептидов: дефектные и чу­жеродные полипептидные цепи при таком способе сборки вирионов будут автоматически отбрасываться.

Описанная способность к самосборке в пробирке и в зараженной клетке характерна только для простых виру­сов. Сборка сложно организованных вирусов является го­раздо более сложным многоступенчатым процессом, хотя отдельные ее этапы, например формирование капсидов и нуклеокапсидов, также основаны на самосборке.

Суперкапсидные белки. Гликопротеиды. Суперкапсидные белки, или пепломеры, располагаются в липопротеидной оболочке (суперкапсиде или пеплосе) сложно устроенных вирусов. Они либо пронизывают насквозь липидный бислой как, например, гликопротеиды альфа-вирусов (вируса леса Семлики), либо не доходят до внутренней поверхности. Эти белки являются типичны­ми внутримембранными белками и имеют много общего с клеточными мембранными белками. Как и последние, суперкапсидные белки обычно гликозилированы. Углевод­ные цепочки прикреплены к молекуле полипептида в опре­деленных участках. Гликозилирование осуществляют кле­точные ферменты, поэтому один и тот же вирус, проду­цируемый разными видами клеток, может иметь разные углеводные остатки: может варьировать как состав угле­водов, так и длина углеводной цепочки и место прикреп­ления ее к полипептидному ocтoвy.

У большинства вирусов гликопротеиды формируют «шипы» на поверхности вирусной частицы, длина которых достигает 7-10 нм. Шипы представляют собой морфоло­гические субъединицы, построенные из нескольких моле­кул одного и того же белка. Вирусы гриппа имеют два типа шипов, построенных соответственно из гемаглютинина и нейраминидазы. Парамиксовирусы также имеют два типа шипов, построенных соответственно из двух гликопротеидов (HN и F), рабдовирусы имеют только один гликопротеид и, соответственно, один тип шипов, а альфа-вирусы имеют два или три гликопротеида, формирующих один тип шипов.

Гликопротеиды являются амфипатическими молекула­ми: они состоят из наружной, гидрофильной части, кото­рая содержит на конце аминогруппу (N-конец), и погру­женной в липидный бислой, гидрофобной части, которая содержит на погруженном конце гидроксильную группу

Основной функцией гликопротеидов является взаимо­действие со специфическими рецепторами клеточной поверхности. Благодаря этим белкам осуществляется рас­познавание специфических клеточных рецепторов и прикрепление к ним вирусной частицы, т.е. адсорбция вируса на клетке. Поэтому гликопротеиды, выполняющие эту функцию, называют вирусными прикрепительными белка­ми.

Другой функцией гликопротеидов является участие в слиянии вирусной и клеточной мембран, т.е. в событии, ведущем к проникновению вирусных частиц в клетку. Ви­русные белки слияния ответственны за такие процессы, как гемолиз и слияние плазматических мембран соседних кле­ток, приводящие к образованию гигантских клеток, синцитиев и симпластов.

«Адресная функция» вирусных белков. Вирусы вызывают инфекционный процесс у относительно небольшого круга хозяев. Вирус должен «узнать» чувст­вительную клетку, которая сможет обеспечить продукцию полноценного вирусного потомства. Если бы вирус прони­кал в любую клетку, которая встретилась на его пути, это привело бы к исчезновению вирусов в результате деструк­ции «родительской» вирусной частицы и отсутствия вирус­ного потомства. В процессе эволюции у вирусов выраба­тывалась так называемая адресная функция, т.е. поиск чувствительного хозяина среди бесконечного числа нечув­ствительных клеток. Эта функция реализуется путем на­личия специальных белков на поверхности вирусной частицы, которые узнают специфический рецептор на по­верхности чувствительной клетки.

Вирусные прикрепительные белки. Прикрепительные белки могут находиться в составе уникальных органелл, таких как структуры отростка у Т-бактериофагов или фибры у аденовирусов, которые хорошо видны в электронном микроскопе; могут формировать морфологически менее выраженные, но не менее уникальные аранжировки белковых субъединиц на поверхности вирусных мембран, как, например, шипы у оболочечных вирусов, «корону» у коронавирусов.

Просто организованные вирусы животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов эти белки входят в состав суперкапсида и представлены множественными молекулами.

Неструктурные белки изучены гораздо хуже, чем структурные, поскольку их выделяют не из очищенных препаратов вирусов, а из зараженных клеток, и возникают трудности в их идентификации и очи­стке от клеточных белков.

К неструктурным белкам относятся:

1) предшественники вирусных белков, которые отлича­ются от других неструктурных белков нестабильностью в зараженной клетке в результате быстрого нарезания на структурные белки;

2) ферменты синтеза РНК и ДНК (РНК и ДНК-полимеразы), обеспечивающие транскрипцию и реплика­цию вирусного генома;

4) ферменты, модифицирующие вирусные белки, на­пример протеиназы и протеинкиназы.

Однако многие неструктурные белки при ряде вирус­ных инфекций еще не идентифицированы и функции их не определены.

Типы структурных и неструктурных белков просто и сложно устроенных вирусов и их функции показаны на схеме 1.

источник

Анализ крови на биохимию и анализ крови на белок, позволяет лабораторным путем диагностировать состояние и функционирование органов и тканей в организме человека. Вместе с тем, по биохимическому анализу крови и общему белку можно определить содержание микроэлементов в организме, выявить нехватку тех или иных витаминов. Малейшее колебание значений показателей в анализах крови на белок говорит о нарушениях функционирования внутренних органов.

Количественный показатель содержания белка в биохимическом анализе крови предоставляет информацию о функционировании печени, почек и других внутренних органов, возникновении воспалительных процессов. Вместе с тем, уровень белка позволяет судить о процессе водно-солевого обмена, балансе микроэлементов. Пользуясь анализом крови на белок, врач диагностирует заболевание, определяет его стадии, назначает лечение. При необходимости доктор может скорректировать назначенное лечение по результатам количества белка в биохимическом анализе крови.

Перед сдачей крови на биохимический анализ требуется определенная подготовка пациента. Необходимо принимать пищу не менее чем за 6–10 часов, ограничить прием жидкости перед сдачей биохимического анализа крови. Накануне сдачи анализа следует воздержаться от молока, алкоголя, фруктов и соков, а так же чая и кофе. Данные продукты влияют на процессы в организме и могут исказить результаты анализов, что в дальнейшем станет причиной постановки неверного диагноза.

Забор крови для определения уровня белка при биохимическом анализе крови производится из вены, при этом пациент должен находиться в положении сидя или лежа.

Общий белок состоит из аминокислот и представляет собой суммарное количество белков в сыворотке крови. В анализе крови общий белок позволяет определить заболевания почек, печени, наличие онкологических заболеваний. Общий белок принимает участие в свертываемости крови, иммунных реакциях, транспортировании гормонов, билирубина, жиров к органам и тканям организма, поддерживает кислотно-щелочной баланс и выполняет некоторые другие функции.

Уровень нормы показателя общего белка в биохимическом анализе крови для разных возрастных категорий колеблется в следующих пределах:

• новорожденные – 48-73 г/л;
• дети в возрасте до года – 47-72 г/л;
• дети в возрасте от 1года до 4 лет – 61-75 г/л;
• дети в возрасте от 5 до 7 лет – 52-78 г/л;
• дети в возрасте от 8 до 15 лет – 58-76 г/л;
• взрослые – 65-85 г/л.

Любое, даже незначительное отклонение от нормы содержания общего белка может свидетельствовать о нарушениях в организме и требует консультации квалифицированного специалиста.

Повышенное содержание общего белка в анализе сигнализирует о наличии острых хронических заболеваний в организме, болезнях печени, артрите или ревматизме, о возникновении онкологических заболеваний.

Если общий белок в анализе крови имеет низкий показатель, это может свидетельствовать о панкреатите, различных заболеваниях печени, кишечника, почек, нарушениях функционирования желудочно-кишечного тракта, онкологических заболеваниях и кровотечениях.

Вместе с тем, показатель белка может менять свое значение при голодании или повышенных физических нагрузках. В случаях, когда уровень общего белка отклоняется от нормальных значений показателя, для постановки диагноза и установления достоверной картины состояния организма одного отклонения показателя общего белка бывает недостаточно. Дать более точную оценку результатам анализа, поставить верный диагноз и назначить лечение может только опытный врач.

Является вторым по значимости показателем при биохимических исследованиях. С-реактивный белок стимулирует иммунные процессы в организме и служит индикатором воспалительных процессов. Очень быстро реагирует на повреждения тканей и другие изменения в организме, свидетельствует о присутствии бактерий, грибков или паразитов.

В норме этот показатель не должен превышать значения 0,5 мг/л. Анализ крови на С-реактивный белок помогает определить наличие опухолей, инфекций, позволяет контролировать процесс и эффективность назначенного лечения. Повышение показателя свидетельствует о ревматизме, туберкулезе, раке, менингите, заболеваниях ЖКТ. Низкий показатель информирует об отсутствии воспалительных процессов и патологий в организме человека.

Для постановки точного диагноза врач должен изучить все составляющие общего белка. Также при анализе крови на белок лабораторно производится исследование других показателей крови, подразделяемых на группы:

• белки: альбумин, С-реактивный белок, ревматоидный фактор, общий белок;
• ферменты (11 показателей);
• липиды: холестерин, триглицерид;
• углеводы: глюкоза, фруктозамин;
• пигменты крови: билирубин, билирубин общий, билирубин прямой;
• низкомолекулярные азотистые вещества: мочевина, мочевая кислота, креатин;
• витамины и минералы.

Обычным биохимическим анализом крови определяется ряд показателей, по значениям которых можно представить общую картину, отражающую белковый, минеральный, углеводный, липидный обмен и активность ферментов сыворотки крови.

источник

Белковая недостаточность представляет собой болезненное состояние организма, связанное с недостаточным поступлением и усвоением белка либо с его усиленным распадом. Истинный дефицит поступления белков с пищей может развиваться у лиц, длительное время недоедающих, придерживающихся так называемых монодиет, или у вегетарианцев. Вторичный дефицит белка, связанный с его усиленным распадом, может сопровождать целый ряд заболеваний, например тяжелые формы инфекционных заболеваний, ожоги, патологии почек, наследственные нарушения обмена веществ. Белки являются основным строительным материалом организма, поэтому даже легкие формы белковой недостаточности, внешне протекающие бессимптомно, влияют на способность противостоять инфекции или на скорость заживления ран, замедляют рост ногтей и волос, вызывают сухость кожи. Тяжелая белковая недостаточность может нарушить нормальную работу всех органов и систем. Особенно опасен дефицит белка в детском возрасте, так как он способен повлиять на развитие умственных способностей, формирование мышц, замедлить рост ребенка.

Своевременное выявление белковой недостаточности и установление ее причины крайне важно, так как позволяет избежать опасных для жизни осложнений.

Дефицит белка, белковая дистрофия, белково-энергетическая недостаточность.

Легкие формы белковой недостаточности чаще всего протекают бессимптомно. Исключение могут составлять наследственно обусловленные дефициты отдельных аминокислот (структурных компонентов молекулы белка), характерные признаки которых наблюдаются в раннем детском возрасте.

Внешние проявления дефицита белка:

• общая слабость;
• прогрессирующее снижение веса;
• ломкость, тусклость и выпадение волос;
• ломкость ногтей;
• сухость и шелушение кожи;
• отеки.

Проявления со стороны нервной системы:

• вялость и повышенная утомляемость;
• головные боли;
• снижение умственной активности;
• неустойчивое настроение;
• бессонница.

Проявления со стороны костно-мышечной системы:

• боли в мышцах и реже в суставах;
• замедленный рост (у детей);
• уменьшение массы и видимого объема мышц;
• мышечная слабость.

Со стороны органов пищеварения:

• повышенная тяга к сладкому;
• тошнота;
• боль и вздутие живота;
• нарушения стула (запор, сменяющийся поносом);
• увеличение печени.

• Население стран с низким уровнем жизни.
• Вегетарианцы.
• Лица, соблюдающие монодиету или голодающие в целях снижения веса.
• Пациенты с заболеваниями почек.
• Пациенты с заболеваниями органов пищеварения.
• Лица с наследственной предрасположенностью к нарушениям белкового обмена.
• Лица с профессионально обусловленным дефицитом веса: балерины, модели, гимнасты.
• Лица старше 60 лет.

Общая информация о заболевании

Белки относятся к числу основных питательных веществ, выполняющих в организме следующие функции.

• Строительная – белок входит в состав всех клеток человеческого тела и, по сути, является основой существования жизни.
• Каркасная – белки участвуют в образовании волос и ногтей, формируют защитную оболочку глаза, хрящи, сухожилия и связки. Даже такое свойство, как гладкость кожи, напрямую зависит от содержащегося в ней белка.
• Двигательная и сократительная. Белки являются основным компонентом мышечной ткани, обеспечивающим ее работу.
• Транспортная. Многие белки обладают способностью связываться с питательными веществами, содержащимися в крови, и переносить их к органам и тканям. Примером транспортного белка служит гемоглобин, содержащийся в красных кровяных клетках (эритроцитах) и осуществляющий транспорт кислорода.
• Защитная. В организме вырабатываются специфические белки (антитела), обеспечивающие защиту от микроорганизмов и вирусов.
• Ферментативная. Ферментами называются белки, участвующие во всех химических процессах, происходящих в организме (например, в переваривании пищи).
• Гормональная. Большинство гормонов человеческого тела являются белками.

Реализация этих функций происходит за счет белкового обмена – постоянно протекающих процессов образования (синтеза) и распада белка.

Основные причины белковой недостаточности:

• Тяжелые и длительные заболевания требуют от организма использования всех резервов. Белки тратятся на восполнение энергетических затрат, восстановление погибших клеток. При ряде заболеваний происходят значительные потери белка.
• Хронические заболевания почек (гломерулонефрит, почечная недостаточность, нефротический синдром) могут приводить к выделению значительного количества белка с мочой (протеинурии), вызывая падение уровня белка и хроническую белковую недостаточность.
• Цирроз печени и печеночная недостаточность бывают причиной дефицита белка, особенно на поздних стадиях заболевания, когда развиваются отеки – в брюшной полости может скапливаться жидкость, содержащая большое количество белка (асцит). В печени синтезируются многие необходимые организму белки, а вырабатываемые ею пищеварительные ферменты участвуют в их усвоении. При циррозе нормальная работа печени нарушается и может развиваться белковая недостаточность.
• Ожоги (ожоговая болезнь). При термических ожогах на коже могут образовываться пузыри, заполненные содержащей белок жидкостью. Потери белка при вскрытии этих пузырей бывают весьма значительны.
• Для диареи (поноса) характерна значительная потеря жидкости и пищеварительных соков, содержащих белки.
• Злокачественные новообразования на поздних стадиях способны приводить к тяжелой белковой недостаточности. Белок расходуется на рост опухоли, а также теряется при ее распаде и кровотечении. Образующиеся в опухолевых клетках вещества чужеродны организму. Попадая в кровь, они вызывают его отравление продуктами распада (синдром раковой интоксикации), одним из проявлений которого бывает падение уровня белка.
• Сахарный диабет может стать причиной белковой недостаточности за счет усиленного распада белка, а также диабетического поражения почек и вторичной протеинурии.

• Нарушения белково-аминокислотного обмена. Белки являются сложными веществами, которые, подобно цепочке, состоят из звеньев, называемых аминокислотами. Последовательность аминокислот для каждого организма индивидуальна, поэтому поступающий с пищей белок в процессе пищеварения расщепляется до уровня отдельных звеньев, из которых затем составляется собственная последовательность. При этом одни аминокислоты могут образовываться в человеческом организме, другие же (их еще называют незаменимыми) поступают только с пищей. Роль незаменимых аминокислот настолько велика, что без них образование белка становится невозможным. Если какие-либо незаменимые аминокислоты отсутствуют в рационе или не усваиваются, равновесие между распадом и синтезом белка может сместиться в сторону распада и привести к белковой недостаточности.
• Нарушенная усвояемость незаменимых аминокислот относится к наследственным патологиям. В развитии хронической белковой недостаточности наиболее значимы следующие заболевания.
• Фенилкетонурия – нарушение обмена аминокислоты фениланина. Фениланин участвует в образовании практически всех белков человеческого тела, в первую очередь белков нервной системы. Заболевание характеризуется отсутствием или недостаточным уровнем в печени специального белка (фермента), отвечающего за усвоение этой аминокислоты. В результате происходит ее избыточное накопление в тканях. Фенилкетонурия обычно диагностируется в раннем детском возрасте и сопровождается различными расстройствами нервной системы, а также отставанием в физическом развитии. Без лечения может привести к психической инвалидности.
• Обмен тирозина. Тирозин – аминокислота, необходимая для образования одного из основных белковых пигментов человеческого тела – меланина, поэтому одним из проявлений нарушенного его обмена является альбинизм (бледность кожи, обесцвечивание волос и радужной оболочки глаз). Тирозин также требуется для образования гормонов щитовидной железы.
• Нарушения синтеза белка могут приводить к недостаточному образованию белка либо появлению так называемых дефектных, или патологических, белков, которые не способны выполнять свои функции. Например, при таком наследственном заболевании, как серповидно-клеточная анемия, в крови выявляется гемоглобин, который не в состоянии переносить такое же количество кислорода, как нормальный. Причиной приобретенных нарушений белкового синтеза могут стать злокачественные опухоли или прием некоторых лекарственных препаратов.
• Алиментарная (пищеварительная) белковая недостаточность – наиболее частая форма белкового дефицита. Она может развиваться при следующих обстоятельствах:
• Недостаточное поступление белка с пищей. Некоторые диеты предусматривают ограничение животного белка (мяса), замену его растительным или же полный отказ от белков. К белковой недостаточности может также приводить длительное голодание. В последнем случае может начаться необратимый распад белка, представляющий угрозу для жизни.
• Нарушения переваривания белка могут развиваться при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, сопровождающихся недостаточной продукцией пищеварительных соков, например при атрофических гастритах с пониженной секреторной функцией.

В зависимости от степени выраженности недостаток белка может приводить к:

• отставанию в умственном и физическом развитии;
• ослаблению памяти и интеллекта;
• ослаблению защитной системы организма.

Белковая недостаточность в первую очередь может быть заподозрена у пациентов с дефицитом массы тела, а также у лиц с симптомами заболеваний, для которых характерен дефицит белков. Для подтверждения диагноза проводится комплекс исследований.

• Общий анализ крови относится к числу базовых исследований.
• Уровень эритроцитов и гемоглобина может быть понижен (анемия) у пациентов с тяжелыми формами белковой недостаточности при общем истощении. Нормальное содержание эритроцитов при низком уровне гемоглобина может наблюдаться при его недостаточном образовании или избыточном разрушении. Такое состояние называется гипохромной анемией.
• Лейкоциты. Рост числа лейкоцитов с появлением в лейкоцитарной формуле молодых клеточных может указывать на инфекционно-воспалительный процесс, явившийся причиной белковой недостаточности.
• Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) также относится к показателям, указывающим на воспалительный процесс как причину белкового дефицита.
• Общий анализ мочи является основным при исключении или подтверждении почечной причины белковой недостаточности. Включает в себя изучение следующих параметров.
• Цвет мочи. В норме оценивается как соломенно-желтый. Красное или коричневое окрашивание может наблюдаться при поступлении в мочу крови (гематурия) и указывать на серьезные почечные расстройства. Темно-коричневая моча, особенно в сочетании с желтушностью, характерна для заболеваний печени.
• Прозрачность. Нормальная моча прозрачна. При заболеваниях почек она бывает мутной за счет значительного содержания гноя (пиурия) или солей.
• Удельный вес мочи – показатель эффективности работы почек. При белковой недостаточности, вызванной поражением почек, он может значительно снижаться.
• Белок в анализе мочи в норме отсутствует. При положительном тесте (протеинурии) проводят количественное определение белка в моче и обязательно исследуют его состав. Альбумин – наиболее часто выявляемый вид белка, однако могут обнаруживаться и другие белки, например иммуноглобулины, гемоглобин, миоглобин и другие. Степень протеинурии позволяет косвенно судить об уровне и тяжести поражения почек.
• Исследование мочи с помощью специальных тест-полосок проводится для выявления протеинурии – выделения белка с мочой. Положительный результат может стать первым указателем на почечное происхождение белковой недостаточности. В таком случае необходима микроскопия осадка. Исследование осадка мочи:
• Красные кровяные клетки – эритроциты белковой недостаточности, обусловленной патологией почек, могут присутствовать в моче в большом количестве. Наличие измененных обесцвеченных эритроцитов позволяет заподозрить поражение клубочков (гломерулонефрит).
• Цилиндры формируются в почечных канальцах из белка, лейкоцитов, эритроцитов, эпителия. Выявление цилиндров, особенно белковых, может указывать на почечное происхождение белковой недостаточности.
• Белок в сыворотке крови. Исследование является «золотым стандартом» при изучении белкового обмена и подтверждении белковой недостаточности. Уровни белка в плазме крови и тканях находятся в состоянии равновесия. При потере тканевого белка уровень белков плазмы также снижается, что и определяет значимость этого параметра.
• Белковые фракции сыворотки крови. Определение количественного состава и соотношения видов белка в сыворотке крови. Общий белок сыворотки представлен альбуминами и глобулинами, выполняющими различные функции. Основную часть составляет альбумин – главный строительный белок организма. Колебания его уровня в наибольшей степени отражают состояние белкового обмена. Глобулины более специфичны по своему предназначению. Это белки защитной системы, маркеры воспалительных реакций и специальные транспортные белки. При различных патологических состояниях соотношение и количество белков того или иного вида может существенно меняться, а в некоторых случаях появляются дополнительные (патологические) белковые фракции. По соотношению отдельных фракций белкового состава крови в некоторой степени можно судить о причине белковой недостаточности. Например, при поражении печени и почек может снижаться уровень альбумина. Глобулины повышаются при воспалительных процессах, отражая активность воспаления или иммунной (защитной) системы. Снижение уровня глобулинов может указывать на заболевания почечных канальцев, а также наблюдаться при нарушенной функции печени и при угнетении иммунной системы организма (как при тяжелых формах сепсиса).
• Глюкоза (сахар крови). Определение уровня глюкозы может быть назначено при подозрении на белковую недостаточность, обусловленную сахарным диабетом. Поражение почек при сахарном диабете (диабетическая нефропатия), а также усиление распада белка могут быть причиной белковой недостаточности.
• Мочевина и креатинин в сыворотке крови. Это вещества, образующиеся в процессе распада белков. При интенсивном разрушении белка уровень их в крови может повышаться. Показатель следует оценивать вместе с уровнем мочевины в суточной моче.
• Мочевина в суточной моче отражает эффективность работы почек. При интенсивном распаде белка может существенно повышаться. Низкий уровень мочевины в моче при повышении его в крови больше характерен для почечной недостаточности.
• Креатинин в суточной моче – индикатор нарушения выделительной способности почек, о которой свидетельствует снижение его уровня. Для более точной оценки рассчитывается клиренс креатинина, представляющий собой соотношение его уровней в суточной моче и крови. При почечных формах белковой недостаточности этот показатель может существенно снижаться.
• Копрограмма – исследование кала, позволяющее выявить возможные нарушения основных этапов пищеварения. Оценивается химический состав каловых масс, их цвет, запах, консистенция, выявляются отдельные виды микроорганизмов (дисбактериоз). Анализ позволяет оценить активность основных ферментов печени, желудочного и кишечного сока, поджелудочной железы. При белковой недостаточности, вызванной нарушением усвоения белка, в каловых массах могут обнаруживаться непереваренные мышечные волокна.

Дополнительные (инструментальные) методы исследования

Объем диагностических исследований зависит от предполагаемой причины белковой недостаточности и должен определяться лечащим врачом. К числу основных методов диагностики относятся:

• Ультразвуковое исследование органов брюшной полости. Врач может назначить его, чтобы исключить заболевания печени и поджелудочной железы, а также почек. оно сочетает в себе высокую информативность и безопасность для пациента. Ультразвук проходит сквозь мягкие ткани до исследуемого органа и, отразившись, возвращается обратно. Полученное изображение передается на монитор. Исследование позволяет оценить размеры внутренних органов, структуру их тканей, выявить опухолевое поражение или кисту, исключить наличие жидкости в брюшной полости. При необходимости исследование может быть дополнено биопсией под УЗИ-контролем.
• Эзофагогастродуоденоскопия. Представляет собой непосредственный осмотр пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки. Оценивается проходимость верхних отделов пищеварительного тракта, состояние слизистой оболочки, степень ее воспаления или атрофии. В процессе исследования может быть взят фрагмент ткани на анализ (биопсия). Наряду с УЗИ гастроскопия является обязательной при подозрении на алиментарный характер белковой недостаточности.
• Суточная РН-метрия. Это изучение суточных колебаний кислотности желудочного сока. Зонд с размещенным на его конце датчиком помещается в желудок, и информация, поступающая с него, записывается портативным устройством, закрепленным на поясе пациента. Основная часть белка, поступающего с пищей, переваривается в желудке под воздействием соляной кислоты и пепсина – фермента, расщепляющего белок. Если кислотность желудочного сока снижена, переваривание белка может быть нарушено.
• Энтероскопия (интестиноскопия). Осмотр тонкой кишки. Исследование по своим возможностям аналогично гастроскопии, но технически более сложно, так как предусматривает осмотр всей тонкой кишки. Позволяет оценить состояние слизистой, исключить эрозивное поражение и взять содержимое на анализ для исключения инфекционного процесса.
• Колоноскопия – осмотр толстой кишки. При белковой недостаточности может назначаться пациентам с подозрением на опухоль кишечника или язвенные колиты, при которых вероятна значительная потеря белка.

Лечение белковой недостаточности направлено на восполнение объема белка и нормализацию белкового обмена. Одновременно лечится основное заболевание.

Оно может включать в себя следующие пункты.

• Рекомендации по сбалансированной или обогащенной белком диете (с достаточным количеством животных белков). Включение в рацион мяса, яиц, рыбы, икры. Пациентам с белковой недостаточностью, обусловленной заболеваниями почек, печени, сахарным диабетом, диету должен подбирать лечащий врач, учитывая особенности течения основного заболевания. Такая коррекция режима питания может оказаться единственной необходимой мерой при легкой форме белкового дефицита.
• Медикаментозные средства:
• растворы, содержащие комплекс аминокислот, или белковые компоненты крови, предназначенные для внутривенного введения; лечение этими препаратами осуществляется под строгим контролем врача в условиях стационара;
• специальные смеси для питания могут назначаться пациентам с тяжелыми формами белкового дефицита при заболеваниях желудочно-кишечного тракта или в послеоперационном периоде; это специальные белковые коктейли, которые вводятся в желудок или двенадцатиперстную кишку по зонду при невозможности нормального питания;
• пищеварительные ферменты употребляются с заместительной целью пациентами, у которых их производится недостаточно.

• Рациональное питание с достаточным количеством растительных и животных белков.
• Обязательный врачебный контроль при диете, жестко ограничивающей рацион, или при курсах лечебного голодания.
• Своевременное выявление и лечение заболеваний, увеличивающих риск развития беловой недостаточности.

источник

Белки – одни из важных органических элементов любой живой клетки организма. Они выполняют множество функций: опорную, сигнальную, ферментативную, транспортную, структурную, рецепторную и т. д. Важным эволюционным приспособлением стали первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белков. Из чего состоят эти молекулы? Почему так важна правильная конформация протеинов в клетках организма?

Мономерами любой полипептидной цепи являются аминокислоты (АК). Эти низкомолекулярные органические соединения достаточно распространены в природе и могут существовать как самостоятельные молекулы, выполняющие свойственные им функции. Среди них транспорт веществ, рецепция, ингибирование или активация ферментов.

Всего насчитывается около 200 биогенных аминокислот, однако только 20 из них могут быть мономерами белков. Они легко растворяются в воде, имеют кристаллическую структуру и многие из них сладкие на вкус.

С химической точки зрения АК – это молекулы, в составе которых обязательно присутствуют две функциональные группы: -СООН и –NH2. С помощью этих групп аминокислоты образуют цепочки, соединяясь друг с другом пептидной связью.

Каждая из 20 протеиногенных аминокислот имеет свой радикал, в зависимости от которого разнятся химические свойства. По составу таких радикалов все АК классифицируются на несколько групп.

1. Неполярные: изолейцин, глицин, лейцин, валин, пролин, аланин.
2. Полярные и незаряженные: треонин, метионин, цистеин, серин, глутамин, аспарагин.
3. Ароматические: тирозин, фенилаланин, триптофан.
4. Полярные и заряженные отрицательно: глутамат, аспартат.
5. Полярные и заряженные положительно: аргинин, гистидин, лизин.

Любой уровень организации структуры белка (первичный, вторичный, третичный, четвертичный) в основе имеет полипептидную цепь, состоящую из АК. Разница лишь в том, как эта последовательность складывается в пространстве и с помощью каких химических связей такая конформация поддерживается.

Любой протеин образуется на рибосомах – немембранных органеллах клетки, которые участвуют в синтезе полипептидной цепочки. Здесь аминокислоты соединяются друг с другом с помощью прочной пептидной связи, образуя первичную структуру. Однако такая первичная структура белка от четвертичной крайне отличается, поэтому необходимо дальнейшее созревание молекулы.

Такие белки, как эластин, гистоны, глутатион, уже с такой простейшей структурой способны выполнять свои функции в организме. Для подавляющего же числа протеинов следующим этапом становится образование более сложной вторичной конформации.

Образование пептидных связей – это первый этап созревания большинства белков. Чтобы они могли выполнять свои функции, их локальная конформация должна претерпеть некоторые изменения. Достигается это с помощью водородных связей – непрочных, но в то же время многочисленных соединений между основным и кислотным центрами молекул аминокислот.

Так формируется вторичная структура белка, от четвертичной отличающаяся простотой комплектации и локальной конформацией. Последнее означает, что не вся цепь подвергается преобразованию. Водородные связи могут образовываться на нескольких участках разной отдаленности друг от друга, причем их форма также зависит от типа аминокислот и способа комплектации.

Лизоцим и пепсин – это представители белков, имеющих вторичную структуру. Пепсин участвует в процессах пищеварения, а лизоцим выполняет защитную функцию в организме, разрушая клеточные стенки бактерий.

Локальные конформации пептидной цепи могут отличаться друг от друга. Их уже изучено несколько десятков, и три из них являются наиболее распространенными. Среди них альфа-спираль, бета-слои и бета-поворот.

• Альфа-спираль – одна из часто встречающихся конформаций вторичной структуры большинства белков. Представляет собой жесткий стержневой каркас с ходом в 0,54 нм. Радикалы аминокислот направлены наружу.

Наиболее распространены правозакрученные спирали, и иногда можно найти левозакрученные аналоги. Формообразующую функцию выполняют водородные связи, которые стабилизируют завитки. Цепь, которая образует альфа-спираль, содержит очень мало пролина и полярных заряженных аминокислот.

• Бета-поворот выделяют в отдельную конформацию, хотя это можно назвать частью бета-слоя. Суть заключается в изгибе пептидной цепочки, который поддерживается водородными связями. Обычно само место изгиба состоит из 4-5 аминокислот, среди которых обязательно наличие пролина. Эта АК единственная имеет жесткий и короткий скелет, что позволяет образовать сам поворот.
• Бета-слой представляет собой цепочку аминокислот, которая образует несколько изгибов и стабилизирует их водородными связями. Такая конформация очень напоминает сложенный в гармошку лист бумаги. Чаще всего такую форму имеют агрессивные белки, однако встречается немало исключений.

Различают параллельный и антипараллельный бета-слой. В первом случае С- и N- концы в местах изгиба и на концах цепи совпадают, а во втором случае нет.

Дальнейшая упаковка белка приводит к формированию третичной структуры. Стабилизируется такая конформация с помощью водородных, дисульфидных, гидрофобных и ионных связей. Их большое количество позволяет скрутить вторичную структуру в более сложную форму и стабилизировать ее.

Разделяют глобулярные и фибриллярные белки. Молекула глобулярных пептидов представляет собой шаровидную структуру. Примеры: альбумин, глобулин, гистоны в третичной структуре.

Фибриллярные белки формируют прочные тяжи, длина которых превышает их ширину. Такие протеины чаще всего выполняют структурную и формообразующую функции. Примерами служат фиброин, кератин, коллаген, эластин.

Если несколько глобул объединяются в один комплекс, формируется так называемая четвертичная структура. Такая конформация характерна не для всех пептидов, и она образуется при необходимости выполнения важных и специфических функций.

Каждая глобула в составе сложного белка представляет собой отдельный домен или протомер. В совокупности структура белков четвертичной структуры молекулы называется олигомером.

Обычно такой белок имеет несколько устойчивых конформаций, которые постоянно сменяют друг друга либо в зависимости от воздействия каких-либо внешних факторов, либо при необходимости выполнения разных функций.

Важным отличием третичной структуры белка от четвертичной являются межмолекулярные связи, которые и отвечают за соединение нескольких глобул. В центре всей молекулы часто располагается ион металла, который напрямую влияет на образование межмолекулярных связей.

Не всегда цепочки аминокислот достаточно для выполнения функций белка. В большинстве случаев к таким молекулам присоединяются другие вещества органической и неорганической природы. Т. к. эта особенность характерна для подавляющего числа ферментов, состав сложных протеидов принято делить на три части:

• Апофермент – это белковая часть молекулы, представляющая собой аминокислотную последовательность.
• Кофермент – не белковая, но органическая часть. В ее состав могут входить различные типы липидов, углеводов или даже нуклеиновых кислот. Сюда относятся и представители биологически активных соединений, среди которых встречаются витамины.
• Кофактор – неорганическая часть, представленная в подавляющем большинстве случаев ионами металлов.

Структура белков в четвертичной структуре молекулы требует участия нескольких молекул разного происхождения, поэтому многие ферменты имеют сразу три составляющие. Примером служит фосфокиназа – фермент, обеспечивающий перенос фосфатной группы от молекулы АТФ.

Полипептидная цепь начинает синтезироваться на рибосомах клетки, однако дальнейшее созревание протеина происходит уже в других органеллах. Новообразованная молекула должна попасть в транспортную систему, которая состоит из ядерной мембраны, ЭПС, аппарата Гольджи и лизосом.

Усложнение пространственного строения белка происходит в эндоплазматической сети, где не только формируются различные виды связей (водородные, дисульфидные, гидрофобные, межмолекулярные, ионные), но и присоединяются кофермент и кофактор. Так образуется четвертичная структура белка.

Когда молекула полностью готова к работе, она попадает либо в цитоплазму клетки, либо в аппарат Гольджи. В последнем случае эти пептиды упаковываются в лизосомы и транспортируются к другим компартментам клетки.

Четвертичная структура – это структура белков, которая призвана способствовать выполнению жизненно важных функций в живом организме. Сложная конформация органических молекул позволяет, прежде всего, влиять на работу многих метаболических процессов (ферменты).

Биологически важными белками являются гемоглобин, хлорофилл и гемоцианин. Порфириновое кольцо является основой этих молекул, в центре которых – ион металла.

Четвертичная структура молекулы белка гемоглобина представляет собой 4 глобулы, соединенных межмолекулярными связями. В центре – порфин с ионом двухвалентного железа. Белок переносится в цитоплазме эритроцитов, где занимают около 80 % всего объема цитоплазмы.

Основой молекулы является гем, который имеет больше неорганическую природу и окрашен в красный цвет. Также это первичный продукт распада гемоглобина в печени.

Все мы знаем, что гемоглобин выполняет важную транспортную функцию – перенос кислорода и углекислого газа по организму человека. Сложная конформация молекулы белка формирует специальные активные центры, которые и способны связывать соответствующие газы с гемоглобином.

Когда образуется комплекс «белок-газ», формируются так называемые оксигемоглобин и карбогемоглобин. Однако есть еще одна разновидность таких объединений, которая достаточно устойчива: карбоксигемоглобин. Представляет собой комплекс из белка и угарного газа, устойчивость которого объясняет приступы удушья при чрезмерной токсикации.

Еще один представитель белков с четвертичной структурой, связи доменов которого поддерживает уже ион магния. Главная функция всей молекулы – участие в процессах фотосинтеза у растений.

Существуют различные типы хлорофиллов, которые отличаются друг от друга радикалами порфиринового кольца. Каждая из этих разновидностей отмечается отдельной буквой латинского алфавита. Например, для наземных растений характерно наличие хлорофилла а или хлорофилла b, а у водорослей встречаются и другие типы этого белка.

Эта молекула – аналог гемоглобина у многих низших животных (членистоногие, моллюски и т. д.). Основным отличием структуры белка с четвертичной структурой молекулы является наличие иона цинка вместо иона железа. Гемоцианин имеет голубоватый цвет.

Иногда люди задаются вопросом о том, что было бы, если заменить гемоглобин человека гемоцианином. В таком случае нарушается привычное содержание веществ в крови, а в частности аминокислот. Также гемоцианин нестабильно образует комплекс с углекислым газом, поэтому «голубая кровь» имела бы склонность к образованию тромбов.

источник

Белок – незаменимое вещество в организме человека. Именно он участвует в транспортировки кислорода и многих микроэлементов по крови, отвечает за свертываемость и осуществляет иммунные реакции. На основе производных белка построен почти весь организм, развитие многих заболеваний можно установить по количеству данного вещества в организме. Любое отклонение от нормы является сигналом, что в организме начинают происходить изменения, требующие лечения. Для чего делают анализ крови на белок, какой показатель является нормой?

Изменения количества содержащегося белка в плазме происходит по разным причинам. Он может изменяться в результате определенных процессов, например, патологических. Именно поэтому основным способом диагностики любого заболевания является общий анализ крови на белок. Это помогает оценить состояние организма, степень распространения воспалительного процесса и назначить необходимое лечение. Что показывает и когда назначается анализ крови на белок?

К основным показаниям к проведению процедуры забора крови относятся:

1. Хронические или острые вирусные заболевания.
2. Ожоги различной степени.
3. Нарушения системы пищеварения.
4. Подозрения или диагностирование онкологических болезней.
5. Заболевания мочевыделительной системы.
6. Скрининговые обследования.
7. Системные болезни.

Наличие данных патологий или подозрение на их наличие является первопричиной назначения общего анализа крови на содержание белковых веществ.

Для того, что бы результаты были более достоверны и врач мог увидеть полную картину состояния здоровья пациента, нужно соблюдать несколько рекомендаций по подготовки к сдаче анализа:

1. Сдавать кровь необходимо только в утренние часы.
2. За сутки до сдачи нельзя употреблять алкогольные напитки.
3. За час до процедуры не рекомендовано курить.
4. Сдавать анализ на белок нужно натощак. После сна не рекомендуется пить чай, кофе, жевать жевательные резинки. Последний прием пищи должен производиться за 12 часов до процедуры.
5. Полностью исключить физические и эмоциональные нагрузки.

Соблюдение несложных правил поможет точно установить содержание вещества в крови и установить заболевание. Ошибочный диагноз при биохимическом исследовании плазмы бывает в редких случаях, так как для определения количества белковых соединений используются специальные реагенты. Результаты обычно известны уже через сутки.

Анализ на С реактивный белок позволяет в короткие сроки установить наличие новообразований, инфекций, а так же помогает контролировать, корректировать лечение и является вторым по значимости показателем. Нормой считается показатель, не превышающий 0,5 мг/л. Превышение значения говорит о том, что в организме происходит развитие рака, болезней ЖКТ, туберкулеза или менингита.

С реактивный белок служит индикатором воспалительных процессов и стимулятором для иммунных процессов. Данный анализ является не менее важным, чем биохимический анализ крови на белок.

Норма содержания белковых соединений зависит от индивидуальных особенностей пациента, пола, возраста, физиологического состояния. Но, даже несмотря на это, диапазон нормальных показателей довольно широк.

У взрослого человека отсутствие отклонений в работе систем, органов и воспалительного процесса свидетельствуют показатели содержания белковых соединений от 64 до 84 грамм на литр плазмы. Для детей подросткового возраста норма немного ниже и составляет от 59 до 77 г/л. У детей до шести лет диапазон нормального содержания – 60-76 г/л. Для новорожденных нормой является 48-73 грамм на литр крови.

Так же стоит отметить, что у женщин уровень белковых вществ может быть меньше, чем у лиц мужского пола. Разница зачастую достигает 10%. В период беременности показатель меняется, и становиться ниже, чем у мужчин на 30%. В случае, когда понижение веществ не вызывает симптомов и дискомфорта, специалисты считают это нормальным физиологическим состоянием. Поводом для обращения к врачу становятся следующие признаки:

1. Продолжительные поносы.
2. Снижение аппетита.
3. Боли в суставах, особенно в области позвоночника.
4. Сильные головные боли.
5. Снижение массы тела.
6. Выраженная общая слабость.
7. Постоянная усталость.

Сдать биохимический анализ крови на белковые соединения необходимо так же при частых инфекционных заболеваниях и появлении отечности.

Когда биохимический анализ крови на белок показывает уменьшение содержащегося в крови вещества, состояние называют гипопротеинемией. Сниженные показатели означают наличие анемии, различных патологических процессах, заболеваний мочеполовой системы, хронических кровотечениях, нарушениях процесса обмена, гепатитах, интоксикации, лихорадки. Так же данное состояние отмечается у людей, которые соблюдают диеты или употребляют недостаточное количество белковой пищи.

Причиной снижения белка в крови, кроме развития различных заболеваний, может стать беременность. В последнем триместре у женщин во время вынашивания наблюдается значительное снижение уровня белковых соединений в плазме, что не является патологическим процессом или отклонением от нормы. Так же у многих спортсменов в период подготовки к соревнованиям отмечается незначительное снижение белка. Отклонение от нормы может наблюдаться у лежачих больных, к примеру, после продолжительной гиподинамии. В случае, когда концентрация вещества снижается до 50г/л, у пациента наблюдаются внешние симптомы, например, отечность верхнего слоя эпидермиса или резкая потеря веса.

Превышение содержание веществ в крови в медицинской практике встречается реже. Обычно это связано с довольно серьезными патологиями и сигнализирует о наличии:

1. Тяжелых или хронических болезней.
2. Недостаточности жидкости в организме, которая появляется в результате продолжительной рвоты, поноса, диареи, ожога, непроходимости кишечника, нефрита и множества иных патологий.
3. Аутоиммунных заболеваний, например, системная красная волчанка, реактивный артрит, активный хронический гепатит, гломерулонефрит.
4. Злокачественных образований, сопровождающихся выработкой вредных реактивных белков.

Анализ крови на белок, расшифровкой которого должны заниматься только высококвалифицированные врачи, может показать отклонения в работе многих систем организма.

Реактивный белок и другие его производные меняются в результате воздействия различных факторов. Зачастую это заболевания, которые способствуют снижению или повышению уровня вещества. К патологиям, провоцирующим изменения концентрации белковых производных, относятся:

1. Заболевания желудочно-кишечного тракта.
2. Болезни крови.
3. Интоксикации различного рода, которые вызывают образование нерастворимых белков, замедляющие их выведение.
4. Врожденные дефекты клеточных мембран и определенных ферментов.
5. Травмы различной тяжести, которые сопровождаются кровопотерей.

Период беременности хоть и не является заболеванием, но так же является одной из причин снижения уровня белковых соединений. На третьем триместре отмечается более низкий уровень содержания вещества в плазме. При данных патологиях всегда изменяется количество содержащегося белка в организме, что и позволяет выявить болезнь, назначить лечение.

Клиническое исследование на содержание белковых веществ является основным методом диагностики многих патологий. Он позволяет выявить тяжелые заболевания на начальной стадии развития. Анализ на С реактивный белок так же помогает становить наличие раковых новообразований и во время начать терапию. При наличии первых признаков снижения или увеличения содержания белка в крови необходимо обратиться к специалисту.

источник

По составу белки делят на простые, состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные могут включать ионы металла (металлопротеиды) или пигмент (хромопротеиды), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми к-тами (нуклеопротеиды), а также ковалентно связывать остаток фосфорной к-ты (фосфопротеиды), углевода (гликопротеины)или нуклеиновой к-ты (геномы нек-рых вирусов). В соответствии с формой молекул белки подразделяют на глобулярные и фибриллярные. Молекулы первых свернуты в компактные глобулы сферич. или эллипсоидной формы, молекулы вторых образуют длинные волокна (фибриллы) и высокоасимметричны. Большинство глобулярных белков, в отличие от фибриллярных, растворимы в воде. Особую группу составляют мембранные (амфипатические) белки, характеризующиеся неравномерным распределением гидрофильных и гидрофобных (липофильных) участков в молекуле: погруженная в биол. мембрану часть глобулы состоит преим. из липофильных аминокислотных остатков, а выступающая из мембраны — из гидрофильных.

Историческая справка. Первые работы по выделению и изучению белковых препаратов были выполнены еще в 18 в., однако в тот период исследования белков носили описательный характер. В нач. 19 в. были сделаны первые анализы элементного состава белков (Ж. Л. Гей-Люссак, Л. Ж. Тенар, 1810), положившие начало систематич. аналит. исследованиям, в результате к-рых было установлено, что все белковые в-ва близки не только по внеш. признакам и св-вам, но и по элементному составу. Важное следствие этих работ — создание первой теории строения белковых в-в (Г.Я. Мульдер, 1836), согласно к-рой все белки содержат общий гипотетич. радикал — «протеин», имеющий эмпирич. ф-лу C₄₀H₆₂N₁₀O₁₂ и связанный в разл. пропорциях с атомами серы и фосфора. Получив вначале всеобщее признание, эта теория привлекла интерес к аналит. исследованиям белков, совершенствованию препаративных методов белковой химии. В этот период были разработаны простейшие приемы выделения белков путем экстракции р-рами нейтральных солей и осаждения, получены первые кристаллич. белки (гемоглобин, нек-рые растит. белки), для анализа белков стали использовать кислотный и щелочной гидролиз.

Создание теории протеина совпало по времени с формированием представлений о функции белков в организме. В 1835 Й.Я. Бёрцедиус высказал идею о важнейшей ф-ции белков — биокаталитической. Вскоре были открыты первые протеолитич. ферменты — пепсин (Т. Шмнн._1836) и трипсин (Л. Корвизар, 1856). Открытие протеаз стимулировало интерес биохимиков к физиологии пищеварения, а следовательно, и к продуктам переваривания белков. К сер. 19 в. было показано, что под действием протеолитич. ферментов белки распадаются на близкие по св-вам фрагменты, получившие назв. пептонов (К. Леман, 1850).

Важное событие в изучении белков — выделение из белкового гидролизата аминокислоты глицина (А. Браконно, 1820). К кон. 19 в. было изучено большинство аминокислот, входящих в состав белков, синтезирован аланин (А. Штреккер, 1850). В 1894 А. Косеелъ высказал идею о том, что осн. структурными элементами белков являются аминокислоты.

В нач. 20 в. значит. вклад в изучение белков был внесен Э. Фишером, .впервые применившим для этого методы орг. химии. Путем встречного синтеза Э. Фишер доказал, что белки построены из остатковаминокислот, связанных амидной (пептидной) связью. Он также выполнил первые аминокислотные анализы белков, дал правильное объяснение протеолизу.

В 20-40-е гг. получили развитие физ.-хим. методы анализа белков. Седиментационными и диффузионными методами были определены мол. массы многих белков, получены данные о сферич. форме молекул глобулярных белков (Т. Сведберг, 1926), выполнены первые рентгеноструктурные анализы аминокислот и пептидов (Дж. Д. Бернал, 1931), разработаны хроматографич. методы анализа (А. Мартин, Р. Синг, 1944). Существенно расширились представления о функциональной роли белков: был выделен первый белковый гормон — инсулин (Ф. Бантинг, Ч. Г. Бест, 1922), антитела были идентифицированы как фракцияглобулинов (1939) и тем самым обнаружена новая ф-ция белков — защитная. Важным этапом явилось открытие ферментативной ф-ции мышечного миозина (В. А. Энгельгардт, М.Н.Любимова, 1939) и получение первых кристаллич. ферментов (уреазы-Дж.Б. Салшер, 1926; пепсина — Дж.X. Нортроп, 1929; лизоцима — Э. П. Абрахам, Р. Робинсон, 1937).

В нач. 50-х гг. была выдвинута идея о трех уровнях организации белковых молекул (К. У. Линдерстрём-Ланг, 1952) — первичной, вторичной и третичной структурах. Определены первичные структуры инсулина (Ф. Сенгер, 1953) и рибонуклеазы (К. Анфинсен, С. Мур, К. Хёрс, У. Стайн, 1960). По данным рентгеноструктурного анализа были построены трехмерные модели миоглобина (Дж. Кендрю, 1958) и гемоглобина (М, Перуц, 1958) и, т. обр., доказано существование в белках вторичной и третичной структур, в т. ч. спирали, предсказанной Л. Допингом и Р. Кори в 1949-51.

В 60-е гг. в химии белков интенсивно развивалось синтетич. направление: были синтезированы инсулин (X. Цан, 1963, П. Кадоянис, 1964, Ю. Ван и др., 1965) и рибонуклеаза А (Б. Меррифидд, 1969). Дальнейшее развитие получили аналит. методы: стал широко использоваться автоматич. аминокислотный анализатор, созданный С. Муром и У. Стайном в 1958, существенно модифицированы хроматографич. методы, до высокой степени совершенства доведен рентгеноструктурный анализ, сконструирован автоматич. прибор для определения последовательности аминокислотных остатков в белках — секвенатор (П. Эдман, Г. Бэгг, 1967). Благодаря созданию прочной методич. базы стало возможным проводить широкие исследования аминокислотной последовательности белков. В эти годы была определена структура неск. сотен сравнительно небольших белков (до 300 аминокислотных остатков в одной цепи), полученных из самых разл. источников как животного, так и растит., бактериального, вирусного и др. происхождения. Среди них — протеолитич. ферменты (трипсин, химотрипсин, субтилизин, карбоксипептидазы), миоглобины, гемоглобины, цитохромы, лизоцимы, иммуноглобулины, гистоны, нейротоксины, белки оболочек вирусов, белково-пептидные гормоны и др. В результате были созданы предпосылки для решения актуальных проблем энзимологии, иммунологии, эндокринологии и др. областей физ.-хим. биологии.

В 70-80-е гг. наиб. прогресс был достигнут при изучении белков — регуляторов матричного синтеза биополимеров (в т.ч. белков рибосом), сократительных, транспортных и защитных белков, ряда мембранных белков (в т. ч. белков биоэнергетич. систем), рецепторных белков. Большое внимание уделялось дальнейшему совершенствованию методов анализа белков. Значительно повышена чувствительность автоматич. анализа аминокислотной последовательности белков (Б. Витман-Либольд, Л. Худ). Широкое применение нашли новые методы разделения белков и пептидов (жидкостная хроматография высокого давления, биоспецифич. хроматография). В связи с разработкой эффективных методов анализа нуклеотидной последовательности ДНК (А. Максам и У. Гилберт, Ф. Сенгер) стало возможным использовать полученную при таком анализе информацию и при определении первичной структуры белков. В результате установлена структура ряда белков, доступных в ничтожно малых кол-вах (интерферон, ацетилхолиновый рецептор), а также белков большой мол. массы (фактор элонгации G, гликогенфосфорилаза,галактозидаза, коллаген, исубъединицы РНК-полимеразы, содержащие соотв. 701, 841, 1021, 1028, 1342 и 1407 аминокислотных остатков). Успехи структурного анализа позволили вплотную приступить к определению пространств, организации и молекулярных механизмов функционирования надмолекулярных комплексов, в т.ч. рибосом, хроматина (нуклеосом), митохондрий, фагов и вирусов. Существ, результаты получены в эти годы советскими учеными: определена первичная структура аспартатаминотрансферазы (1972), бактериородопсина (1978), животного родопсина (1982), нек-рых рибосомальных белков, фактора элонгации G (1982), важнейшего фермента-РНК-полимеразы (1976-82), нейротоксинов и др.

Строение белковых молекул. Практически все белки построены из 20аминокислот, принадлежащих, за исключением глицина, к L-ряду. Аминокислоты соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной иаминогруппами соседних аминокислотных остатков (см. ф-лу I):

Белковая молекула может состоять из одной или неск. цепей, содержащих от 50 до неск. сотен (иногда — более тысячи) аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие менее 50 остатков, часто относят к пептидам. В состав мн. молекул входят остатки цистина, дисульфидные связи к-рых ковалентно связывают участки одной или неск. цепей.

В нативном состоянии макромолекулы белков обладают специфич. конформацией. Характерная для данного белка конформация определяется последовательностью аминокислотных остатков и стабилизируется водородными связями между пептидными и боковыми группами аминокислотных остатков, а также гидрофобными и электростатич. взаимодействиями. Большое влияние на конформацию оказывают взаимод. белков с компонентами среды (вода, липиды и др.), в к-рой они функционируют.

Различают четыре уровня организации белковых молекул. Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи наз. первичной структурой. Все белки различаются по первичной структуре; потенциально возможное их число практически неограничено. Термин «вторичная структура» относится к типу укладки полипептидных цепей. наиб. часто встречающиеся типы-правая спираль иструктура. Первая характеризуется планарностью пептидной группы; водородные связи между СО-и NH-группами пептидной цепи замыкают циклы из 13 атомов (рис. 1). На 1 витокспирали приходится 3,6 остатка аминокислот, шаг спирали -0,544 нм. Значительно менее энергетически выгодны правые 3₁₀— испирали, содержащие соотв. 3 и 4,4 аминокислотных остатка на 1 виток, а также 10 и 16 атомов в циклах, образованных водородными связями. 3₁₀-Спирали встречаются сравнительно редко и образуют только очень короткие участки, к-рые обычно располагаются на концахспиралей. Предсказанные теоретически правыеспирали, а также левые 3₁₀— испирали в белках не обнаружены.

В случаеструктуры, или структуры складчатого листа, полипептидные цепи растянуты, уложены параллельно друг другу и связаны между собой водородными связями. Остов цепи не лежит в одной плоскости, а вследствие небольших изгибов приуглеродных атомах образует слегка волнистый слой. Боковые группы располагаются перпендикулярно плоскости слоя. В белках обнаружены два видаструктуры: с параллельным и антипараллельным направлениями цепей (рис. 2). Частный случайструктуры-изгиб, обеспечивающий поворот пептидной цепи на угол ок. 180° на протяжении отрезка, содержащего 4 аминокислотных остатка; 1-й и 4-й остатки соединены водородной связью. Относительное содержаниеспиральных участков и структур может широко варьировать. Существуют белки с преобладаниемспиралей (ок. 75% в миоглобине и гемоглобине), тогда как осн. тип структуры многих фибриллярных белков, в т.ч. фиброина шелка и кератина волос,-структура. У многих белков содержание иструктурных участков незначительно, однако и в этих случаях полипептидные цепи укладываются в пространстве строго определенным, характерным для каждого белка образом.

Под третичной структурой белков понимают расположение его полипептидной цепи в пространстве. Существ. влияние на формирование третичной структуры оказывают размер, форма и полярность аминокислотных остатков. В молекулах глобулярных белков большая часть гидрофобных остатков скрыта внутри глобулы, а полярные группировки располагаются на ее пов-сти в гидратированном состоянии. Однако ситуация не всегда настолько проста. Связывание белка с др. молекулами, напр. фермента с его субстратом или коферментом, почти всегда осуществляется с помощью небольшого гидрофобного участка на пов-сти глобулы. Область контакта мембранных белков с липидами формируется преим. гидрофобными остатками. Третичная структура многих белков составляется из неск. компактных глобул, наз. доменами (рис. 3). Между собой домены обычно бывают связаны «тонкими перемычками» — вытянутыми полипептидными цепями. Пептидные связи, расположенные в этих цепях, расщепляются в первую очередь при обработке белков протеолитич. ферментами, тогда как отдельные домены м. б. достаточно устойчивы к протеолизу.

Рис. I. Спиральные конформации полипептидных цепей: а-3₁₀-спираль, б- спираль, в-спираль (пунктирные линии-водородные связи).

Рис. 2. Схематическое изображениеструктур: слева — антипараллельный, справа — параллельный складчатый лист.

Рис. 3. Схематическое изображение трехмерной структуры малатде-гидрогеназы. Участкиспиралей (от до) иструктур (от до) представлены соотв. в виде прямоугольников и прямых линий со стрелками. Структура состоит из двух отчетливо различимых глобулярных областей (доменов). Участок полипептидной цепи, соединяющий домены между собой, показан точечной линией.

Термин «четвертичная структура» относится к макромолекулам, в состав к-рых входит неск. полипептидных цепей (субъединиц), не связанных между собой ковалентно. Такая структура отражает способ объединения и расположения этих субъединиц в пространстве. Между собой отдельные субъединицы соединяются водородными, ионными, гидрофобными и др. связями. Изменение рН и ионной силы р-ра, повышение т-ры или обработка детергентами обычно приводят к диссоциации макромолекулы на субъединицы. Этот процесс обратим: при устранении факторов, вызывающих диссоциацию, может происходить самопроизвольная реконструкция исходной четвертичной структуры. Явление носит общий характер: по принципу самосборки функционируют многие биол. структуры. Способность к самосборке свойственна и отдельным фрагментам белков — доменам. Более глубокие изменения конформации белков с нарушением третичной структуры наз. денатурацией.

Свойства. Физ.-хим. св-ва белков определяются их высокомол. природой, компактностью укладки полипептидных цепей и взаимным расположением остатков аминокислот. Мол. масса варьирует от 5 тыс. до 1 млн., а константы седиментации — от 1 до 20 (и выше). Средний уд. объем белковых молекул — 0,70-0,75 см 3 /г, а константы диффузии — 10 6 -10 8 см 2 /с. Максимум поглощения белков в УФ-области спектра, обусловленный наличием ароматич. аминокислот, находится вблизи 280 им. Возбуждение электронов атома азота пептидной группы вызывает резкое увеличение поглощения при 185-240 нм. В ИК-области спектра белки поглощают за счет СО- и NH-rpyпп при 1600 и 3100-3300 см -1 .

В р-рах белки амфотерны. Изоэлектрич. точки белков могут иметь значения от -3 мкг/мл примесного антигена).

Методы исследования первичной структуры. Знание первичной структуры белка-основа для определения его вторичной и третичной структур, выяснения расположения функц. групп в активном центре белка и построения модели его функционирования. Исследование первичной структуры мутантных белков позволяет на молекулярном уровне характеризовать различия между штаммами микроорганизмов, фагов и вирусов, выяснять молекулярные причины генетич. болезней. Данные по первичной структуре используют при установлении и проверке таксономич. взаимоотношений между разл. видами живых организмов, построении фило-генетич. древа и анализе хода биол. эволюции.

Для определения аминокислотной последовательности белка прежде всего разделяют его полипептидные цепи (если макромолекула состоит из неск. цепей). Затем определяют аминокислотный состав цепей, N- и С-концевые аминокислотные остатки и аминокислотные последовательности. Полипептидные цепи подвергают специфич. расщеплению протеолитич. ферментами или хим. реагентами. Смесь образовавшихся фрагментов разделяют и для каждого из них определяют аминокислотный состав и аминокислотную последовательность. При необходимости крупные фрагменты дополнительно расщепляют к.-л. способом на более мелкие. Порядок расположения фрагментов выясняют путем расщепления молекулы белка по др. связям и анализа образующихся при этом «перекрывающихся» фрагментов.

Анализ аминокислотного состава включает полный гидролиз исследуемого белка или пептида и количеств. определение всех аминокислот в гидролизате. Для гидролиза обычно используют 5,7 н. водный р-р НС1, а при анализе содержания триптофана — 4 н. метансульфоновую к-ту, содержащую 0,2% 3-(2-аминоэтил)индола, или кипячение со щелочью. Количеств. определение аминокислот в гидролизате проводят с помощью аминокислотного анализатора. В большинстве таких приборов смесь аминокислот разделяют на ионообменных колонках, детекцию осуществляют спектрофотометрически по р-ции с нингидрином или флуориметрически с использованием флуорескамина или о-фталевого диальдегида. В последнем случае можно анализировать до 0,1-0,05 нмоль аминокислоты.

Наиб. распространение для определения N-концевых остатков находит дансильный метод. Его первая стадия -присоединение дансилхлорида (1-диметиламинонафталин-5-сульфохлорида) к непротонированнойаминогруппе с образованием дансилпептида (ДНС-пептида). Затем последний гидролизуют 5,7 н. р-ром НС1 при 105 °С, в результате чего освобождается N-концеваяДНС-аминокислота, к-рая обладает интенсивной флуоресценцией в УФ-области спектра; для ее идентификации достаточно 0,1-0,5 нмоля в-ва.

Для определения С-концевых остатков чаще всего используют ферментативный гидролиз карбоксипептидазами, к-рые специфически расщепляют пептидные связи, образованные С-концевыми остатками. Поскольку после отщепления концевых остатков фермент атакует послед. пептидные связи, измерение скорости отщепления отдельных аминокислот позволяет анализировать также и С-концевую аминокислотную последовательность.

Важнейший этап в определении первичной структуры белка — расщепление макромолекулы на пептидные фрагменты. Среди ферментативных методов расщепления наиб. широко используется гидролиз трипсином. Трипсин обладает уникальной субстратной специфичностью: гидролизует исключительно связи, образованные карбоксильными группами осн. аминокислот — лизина и аргинина. Введение заместителей в боковые цепи лизина или аргинина препятствует гидролизу по остаткам модифициров. аминокислот и позволяет гидролизовать макромолекулы избирательно только по остаткам аргинина или лизина. Особенно часто используется модификация остатков лизина с послед. гидролизом белков по остаткам аргинина. Модифицирующие агенты — ангидриды дикарбоновых к-т (янтарной, малеиновой и цитраконовой). Из др. протеолитич. ферментов широко применяется протеаза из Staphylococcus aureus (гидролизует связи, образованные карбоксильными группами остатков глутаминовой к-ты, а в нек-рых случаях и остатков аспарагиновой к-ты), а также химотрипсин и термолизин. Последние ферменты обладают более широкой специфичностью. Химотрипсин катализирует гидролиз пептидных связей, образованных карбоксильными группами ароматич. аминокислот — тирозина, фенилаланина и триптофана. С меньшей скоростью гидролизуются связи лейцина, метионина и гистидина. Термолизин преим. расщепляет связи, образованные аминогруппой остатков с гидрофобной боковой цепью (изолейцин, лейцин, валин, фенилаланин, тирозин, триптофан).

Из химических методов расщепления белков наиболее специфичный и чаще всего применяемый -бромциановое расщепление по остаткам метионина (выход 90-100%):

Для расщепления белков по карбонильной группе остатка триптофана используют N-бромсукцинимид или более селективный 2-(2-нитрофенилсульфенил)-3-метил-3-броминдол (BNPS-скатол) (выход Ю-50%):

Гидроксиламин расщепляет пептидные связи между остатками аспарагина и глицина. При его взаимод. с циклич. имидом ангидроаспартилглицина, спонтанно образующегося из аспарагинилглицина, в щелочной среде происходит расщепление пептидной цепи с образованием смеси иаспартилгидроксаматов:

В ряде случаев для расщепления белков используется метод частичного кислотного гидролиза. наиб. чувствительны к действию к-т аспартильные пептидные связи и особенно связь аспартил — пропил.

При выборе методов разделения пептидов учитывают физ.-хим. свойства, кол-во и длину молекул разделяемых соединений. Для первичного фракционирования смесей коротких пептидов, содержащих до 15-20 аминокислотных остатков, в большинстве случаев используют ионообменную хроматографию на катионитах. Дальнейшее разделение и очистку проводят с помощью хроматографии и электрофореза на бумаге или пластинках с тонким слоем целлюлозы или силикагеля.

Осн. сложность при фракционировании молекул крупных пептидов (более 20 аминокислотных остатков) — их св-во слипаться в водных р-рах друг с другом с образованием высокомол. агрегатов, не поддающихся разделению. Для предотвращения агрегации в буферные р-ры вводят мочевину (до 8 М), гуанидинийхлорид (до 6 М) или детергенты (додецилсульфат Na); разделение часто проводят с помощью гель-проникающей хроматографии и ионообменной хроматографии. Эффективный метод разделения — жидкостная хроматография высокого разрешения на носителях с обращенной фазой. Для селективного выделения пептидов, несущих химически активные группировки, м. б. использована хемоспецифич. (ковалентная) хроматография, основанная на образовании ковалентной связи пептида с носителем. Напр., для выделения цистеинсодержащих пептидов используют р-цию тиол-дисульфидного обмена, с помощью к-рой пептиды через дисульфидный мостик присоединяются к модифицированному 2,2′-дипиридилдисульфидом носителю. Ковалентно связанные с носителем цистеинсодержащие пептиды м. б. легко элюированы при послед. обработке меркаптоэтанолом.

Осн. метод исследования аминокислотной последовательности пептидов и белков — хим. деградация с помощью фенилизотиоцианата. Этот метод позволяет последовательно отщеплять N-концевые аминокислотные остатки в виде фенилтиогидантоинов, к-рые абсорбируют свет в УФ-области с максимумом поглощения 265-270 нм. Для их идентификации наиб. часто используют тонкослойную хроматографию, жидкостную хроматографию высокого давления, а также масс-спектрометрию. Широкое применение нашел также метод, сочетающий последовательную деградацию пептида по Эдману (см. Эдмана деградация) с анализом N-концевых аминокислотных остатков в виде их дансильных производных. Достоинство метода -его высокая чувствительность.

Для непосредственного анализа первичной структуры белков обычно используют секвенатор — прибор, к-рый с высокой эффективностью осуществляет последовательное авто-матич. отщепление N-концевых аминокислотных остатков путем деградации белков по методу Эдмана. Все р-ции проводятся в цилиндрич. стеклянном стаканчике, вращающемся с постоянной скоростью в атмосфере инертного газа (рис. 4). Образец белка распределяется на стенках стаканчика в виде тонкой пленки. Оптимизация процесса и тщательная очистка используемых реагентов и растворителей позволили поднять общий выход реакции до 95% и выше. Наилучшие объекты для секвенатора — белки и пептиды, содержащие в своем составе от 60 до 200 аминокислотных остатков; для таких соединений обычно удается определять последовательность 30-35 (в ряде случаев 40-50) остатков. Для анализа коротких пептидов более эффективен подход, заключающийся в их ковалентном присоединении к нерастворимому носителю. Этот принцип положен в основу твердофазного секвенатора, где реакц. «сосудом» служит хроматографич. колонка, с носителем к-рой ко валентно связан исследуемый пептид. Через колонку последовательно пропускают реагенты и р-рители. Носителями чаще всего служат полистирол и пористое стекло. В кач-ве функц. группы, реагирующей с пептидом, обычно используется алифатич. или ароматич. аминогруппа. Для присоединения к носителю пептидов, образующихся в результате бромцианового расщепления, используют высокую реакц. способность С-концевого лактона гомосерина. Лизинсодержащие пептиды м. б. присоединены за счетаминогруппы путем конденсации с n-фенилендиизотиоцианатом. Остальные пептиды присоединяют по С-концевой карбоксильной группе карбодиимидным методом. Третье поколение приборов — газофазные секвенаторы, в к-рых образец наносится на небольшой (диаметр ок. 5 мм) диск из пористого стеклянного волокна, а все реагенты подаются в газовой фазе. Таким способом анализируют микроколичество в-ва ( 100000). Ряд этих проблем решен благодаря разработке быстрых и эффективных методов анализа нуклеотидной последовательности ДНК. Поскольку первичная структура любого белка закодирована в нуклеотидной последовательности соответствующего ей участка ДНК, то определение последней позволяет с помощью генетич. кода автоматически устанавливать и соответствующую аминокислотную последовательность. При этом оказалось особенно эффективным параллельное изучение первичных структур белков и ДНК. Такой подход резко ускоряет проведение исследований и значительно повышает достоверность результатов.

Методы изучения пространственной структуры. При изучении пространств. структуры белков существует два принципиальных подхода: исследование в р-ре и в кристаллич. состоянии. Осн. метод, дающий непосредственную информацию о пространств. расположении атомов в молекуле белка, — рентгеноструктурный анализ. Он применим только для хорошо кристаллизующихся белков. При этом наряду с кристаллом нативного белка необходимо получать производные, содержащие тяжелые атомы, к-рые были бы изоморфными исходному белку, т.е. давали бы подобные кристаллич. структуры. Тяжелый атом вводится в молекулу белка при «вымачивании» кристалла в соответствующем р-ре или в процессе кристаллизации. Иногда используют хим. модификацию белка, напр. n-хлормеркурийбензоатом по SH-группам.

Интерпретация карт электронной плотности молекулы значительно облегчается при знании аминокислотной последовательности. Однако далеко не каждый белок удается получить в кристаллич. состоянии. Необходимое условие кристаллизации — сохранение нативной конформации, к-рая часто реализуется лишь в условиях, приближенных к физиологическим. В частности, белки, входящие в состав нуклеопротеидных комплексов (рибосома, вирусы), хорошо кристаллизуются только в составе таких комплексов. С помощью обычного рентгеновского излучения проводить анализ таких гигантских образований сложно. В этих случаях используют синхротронное рентгеновское излучение, интенсивность к-рого может быть на два порядка выше. Вследствие этого резко сокращается время эксперимента по регистрации дифракц. отражений, а также снижается кол-во исследуемого в-ва. Ряд мембранных белков кристаллизуется в условиях нативного липидного окружения с образованием т. наз. «двухмерных» кристаллов, представляющих из себя регулярно упакованные молекулы белков в бислойной лииидной мембране. При изучении двухмерных кристаллов используют электронную микроскопию и электронографию.

Во мн. случаях хорошие результаты получают, применяя нейтронографию. Нейтроны, имея низкую энергию, в отличие от рентгеновских лучей не разрушают кристаллы белков, в результате чего можно получить полный набор дифракц. данных от одного кристалла. С использованием этого метода удается локализовать в структуре белка отдельные атомы водорода, а также расположение молекул кристаллизац. воды.

В общем случае конформация белка в кристалле может отличаться (обычно весьма незначительно) от конформации в р-ре. Поэтому наряду с исследованием кристаллов проводят изучение белка и в его прир. среде. Существует набор методов исследования пространств. структуры белка в р-ре. наиб. часто используемые — оптич. методы (УФ-, ИК- и Раман-спектроскопия, круговой дихроизм, флуоресценция), ЯМР и ЭПР. Ни одним из этих методов в отдельности, как правило, невозможно определить конформацию белка, тогда как их комбинация в ряде случаев дает информацию, к-рая сравнима по ценности с рентгеноструктурным анализом.

Рис. 5. Расположение молекулы бактериородопсина в пурпурной мембране. Участки полипептидной цепи, доступные для иодирования лактопероксидазой-L, протеолиза папаином-Р, химотрипсином-Ch и карбоксипептидазой А — СрА. А-антигенные детерминанты.

Оптич. методы позволяют следить за изменениями конформации белка в процессе функционирования или при изменении окружающих условий. Комбинация этих методов дает информацию об относит. содержании в белке элементов вторичной структуры, о расположении остатков триптофана относительно пов-сти белковой глобулы и о конфигурации связей С—S—S—С в дисульфидных мостиках.

Прямую информацию о пространств. строении белков в р-ре дает метод ЯМР. Совр. методики ЯМР-спектроскопии позволяют проводить практически полное отнесение сигналов в спектрах пептидов и небольших белков (с мол. м. до 10.000) к определенным ядрам в молекуле. Использование гомоядерных ( 1 Н— 1 H) и гетероядерных (*Н— 13 C) констант спин-спинового взаимод. дает возможность определять торсионные углы и осн. полипептидной цепи и торсионный угол х’ боковых цепей аминокислотных остатков. С помощью ядерного эффекта Оверхаузера, сдвиговых и уширяющих реагентов (ионы парамагн. металлов, спиновые метки) измеряют расстояния между отдельными ядрами молекулы. Т. обр. для пептидов и небольших белков удается определить пространств. структуру с разрешением до 0,3-0,4 нм. Несомненное достоинство ЯМР-спектроскопии — возможность получать информацию о динамике пространств. структуры молекулы белка.

Модификация белка реагентами, несущими своб. радикал (спиновая метка) или флуоресцентную группировку, позволяет судить о хим. окружении модифицируемой группы, а при наличии в белке двух таких меток — измерить расстояние между ними.

Теоретически возможно предсказывать в общем виде пространств. строение белка, исходя из его аминокислотной последовательности. Такого рода расчеты проводят с помощью ЭВМ на основании закономерностей, выведенных в результате статистич. обработки данных для белков с установленной пространств. структурой. В ряде случаев расчетные методы дают удовлетворительные результаты, к-рые помогают интерпретировать данные, полученные др. методами.

При исследовании пространств. структуры белка часто используют ограниченный протеолиз, проводящийся в мягких неденатурирующих условиях, в к-рых гидролизуются исключительно пептидные связи, находящиеся на пов-сти глобулы белка. Таким путем получают информацию о доменной структуре белка. В случае мембранных белков этим методом удается различить участки полипептидной цепи, расположенные внутри мембраны и на ее пов-сти (рис. 5). Аналогичную по характеру, но значительно более детальную информацию получают при изучении взаимод. белков и их отдельных фрагментов с антителами.

Синтез. Биосинтез белков происходит в результате трансляции в субклеточных частицах — рибосомах, представляющих собой сложный рибонуклеопротеидный комплекс. Информация о первичной структуре белка «хранится» в соответствующих генах — участках ДНК — в виде последовательности нуклеотидов. В процессе транскрипции эта информация с помощью фермента — ДНК-зависимой РНК-полимеразы — передается на матричную рибонуклеиновую к-ту, к-рая, соединяясь с рибосомой, служит матрицей для синтеза белка. Выходящие из рибосомы синтезированные полипептидные цепи, самопроизвольно сворачиваясь, принимают присущую данному белку конформацию, а также подвергаются модификации благодаря р-циям разл. функциональных групп аминокислотных остатков и расщеплению пептидных связей (см. Модификация белков).

Хим. синтез широко применяют для получения пептидов, в т.ч. биологически активных гормонов и их разнообразных аналогов, используемых для изучения взаимосвязи структуры и биол. функции, а также пептидов, несущих антигенные детерминанты разл. белков и применяемых для приготовления соответствующих вакцин. Первые хим. синтезы белков в 60-е гг. (инсулина овцы и рибонуклеазы SX осуществленные в р-ре с помощью тех же методов, к-рые используют при синтезе пептидов, были связаны с чрезвычайно большими сложностями. В каждом случае требовалось провести сотни хим. р-ций и окончательный выход белков был очень низок (менее 0,1%), в результате чего полученные препараты не удалось очистить. Позже были синтезированы нек-рые химически чистые белки, в частности инсулин человека (П. Зибер и др.) и нейротоксин II из ядра среднеазиатской кобры (В. Т. Иванов). Однако до сих пор хим. синтез белков представляет весьма сложную проблему и имеет скорее теоретич., чем практич. значение. Более перспективны методы генетической инженерии, к-рые позволяют наладить пром. получение практически важных белков и пептидов.

Значение белков в питании. Белки-необходимая составная часть продуктов питания. Проблема пищевого белка стоит очень остро. По данным Международной организации по продовольствию и с. х-ву при ООН больше половины человечества не получает с пищей необходимого кол-ва белков. Недостаток белков в пище вызывает тяжелое заболевание — квашиоркор.

В процессе пищеварения белки подвергаются гидролизу до аминокислот, к-рые и всасываются в кровь. Пищ ценность белков зависит от их аминокислотного состава, содержания в них т. наз. незаменимых аминокислот, не синтезирующихся в организмах (для человека незаменимы триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин и фенилаланин). В питательном отношении растит. белки менее ценны. чем животные; они беднее лизином, метионином и триптофаном, труднее перевариваются. Один из путей решения проблемы — добавление в растит. пищу синтетич. аминокислот. Наряду с этим выводят новые сорта растений, содержащие гены, ответственные за синтез недостающих аминокислот. Перспективно использование для этого методов генетич. инженерии. Чрезвычайно важное значение имеет широкое внедрение пром. микробиологического синтеза, напр. выращивание дрожжей на гидролизном этиловом спирте, прир. газе или нефти. Получаемые при этом белково-витаминные концентраты (БВК) используют в качестве добавок к корму с.-х. животных. Исследования советских микробиологов и технологов (Г. К. Скрябин и др.) послужили основой для производства БВК в СССР в крупных масштабах.

===
Исп. литература для статьи «БЕЛКИ» : Бэйли Дж., Методы химии белков, пер. с англ., М., 1965; Новые методы анализа аминокислот, пептидов и белков, пер. с англ.. М., 1974; Дэвени Т., Гергей Я., Аминокислоты, пептиды и белки, пер. с англ., М., 1976; Ш а м ин А. Н., История химии белка, М., 1977; У айт А. [и др.], Основы биохимии, т. 1-3, пер. с англ., М., 1981; Лени нджер А., Основы биохимии, т. 1-3, пер. с англ., М., 1975; Я кубке Х.-Д., Ешкайт X., Аминокислоты, пептиды, белки, пер. с нем., М 1985; Advances in protein chemistry, v. 1-33, N.Y., 1944-79; Methods in enzymology, v. 11. ed. by S. P. Cofowick, N.O. Kaplan, N.Y.-L, 1967; то же, v. 25, pt B, ed. by C.H.W. Hirs, S. N. TimashefT, N.Y.-L., 1972; Protein sequence determination. A sourcebook of methods and techniques, ed. by S. B. Needleman, 2 ed.. В., 1975; The proteins, ed. by H. Neurath, R.L. Hill, 3 ed., 1-4, N. Y.-[a.o.], 1975-79; Methods in protein sequence analysis, ed. by M. Elzinga. Clifton, 1982. Ю. А. Овчинников.

Страница «БЕЛКИ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

источник