Биология · 10 класс1 четвертьТема 1ГОСО РК 2026Базовый

Пространственная структура биополимеров: конформация белков, денатурация и шапероны

Уровни конформации белка, гидрофобный коллапс, белки-шапероны, термодинамика денатурации и ренатурации, прионы и конформационные заболевания.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО

Фолдинг (сворачивание) полипептидной цепи — самопроизвольный процесс формирования уникальной биологически активной трехмерной нативной конформации белка. В основе фолдинга лежит парадокс Левинталя: если бы белок перебирал все возможные конформации случайно, процесс занял бы миллиарды лет; в реальности белок сворачивается за миллисекунды вдоль энергетической воронки (energy funnel) к минимуму свободной энергии Гиббса (ΔG < 0).

Движущей силой фолдинга служит гидрофобный коллапс: неполярные гидрофобные радикалы аминокислот (валин, лейцин, фенилаланин) прячутся внутрь глобулы от водного окружения, а гидрофильные полярные и заряженные остатки (лизин, глутамат) экспонируются наружу, стабилизируя молекулу водородными и ионными связями с водой.

Биофизика

Фолдинг белка

Процесс самосборки линейной полипептидной цепи в пространственную функциональную конформацию.
Термодинамика

Гидрофобный коллапс

Сворачивание гидрофобных аминокислотных остатков в плотное ядро внутри водной среды.

В переполненной макромолекулами цитоплазме клетки (crowding-эффект) новосинтезированные полипептиды склонны к слипанию (агрегации). Для предотвращения агрегации и обеспечения правильной укладки клетка использует специализированные белки — шапероны (включая белки теплового шока Hsp70 и шаперонины Hsp60/GroEL-GroES):

• Шапероны Hsp70 связываются с гидрофобными участками растущей полипептидной цепи прямо на выходе из рибосомы, предотвращая их преждевременное слипание;

• Шаперониновый комплекс GroEL-GroES образует полый наноконтейнер («бочонок Анфинсена»): белок затягивается внутрь изолированной гидрофильной камеры, где с гидролизом АТФ происходит его изолированное безошибочное сворачивание;

• Белки, которые не смогли свернуться, метятся полипептидом убиквитином и уничтожаются в протеасомах.

Клеточный контроль

Шапероны (Hsp)

Класс вспомогательных белков, обеспечивающих правильное сворачивание макромолекул и защиту от стресса.
Протеолиз

Убиквитин-протеасомная система

Молекулярный механизм распознавания и деградации дефектных и неправильно свернутых белков клетки.

Денатурация сопровождается разрушением четвертичной, третичной и вторичной структур при сохранении пептидных ковалентных связей первичной структуры. Если денатурирующий фактор устранен, многие белки способны к ренатурации (опыт К. Анфинсена с рибонуклеазой A, доказавший, что первичная структура однозначно определяет третичную).

Прионы (PrP, открыты С. Прузинером, Нобелевская премия 1997 г.) — инфекционные белковые агенты, лишенные нуклеиновых кислот:

• Нормальный клеточный белок PrP^C имеет альфа-спиральную конформацию;

• Патологический прионный белок PrP^Sc имеет аномальную бета-складчатую конформацию;

• При контакте PrP^Sc индуцирует перерождение нормального PrP^C в патологическую форму, вызывая образование нерастворимых амилоидных бляшек и гибель нейронов мозга (болезнь Крейтцфельдта — Якоба, куру, «коровье бешенство»).

Инфекционный белок

Прион (PrP^Sc)

Патологическая конформация белка с высоким содержанием бета-листов, катализирующая трансформацию нормальных белков.
Патология мозга

Амилоидные бляшки

Агрегаты фибриллярного белка, вызывающие губчатую энцефалопатию у млекопитающих.

Уникальность конформации определяет функции белка:

1. Ферментативная — активный центр фермента комплементарен переходному состоянию субстрата (модель индуцированного соответствия Кошланда);

2. Рецепторная — конформационные переходы рецепторов мембраны (G-белок-сопряженные рецепторы GPCR) передают сигналы внутрь клетки;

3. Транспортная — конформационные качания натрий-калиевой АТФазы и гемоглобина (кооперативный эффект связывания кислорода: присоединение первой молекулы O₂ меняет конформацию субъединиц, увеличивая сродство к последующим молекулам в 500 раз);

4. Структурная — фибриллярный белок коллаген образует суперспираль из 3 полипептидных цепей с высокой механической прочностью на разрыв.

Термодинамика денатурации
ΔG=ΔH−T⋅ΔS\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S
При нагревании энтропийный фактор T·ΔS перевешивает стабилизирующую энтальпию связей ΔH, вызывая плавление белковой глобулы.

Важные нюансы на ЕНТ:

• Вирусы содержат НУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ (ДНК или РНК) и белковый капсид;

• Вироиды — инфекционные кольцевые молекулы РНК БЕЗ БЕЛКОВОЙ ОБОЛОЧКИ (паразитируют на растениях);

• Прионы — инфекционные БЕЛКИ БЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ! Они устойчивы к кипячению, УФ-радиации и ферментам протеазам.

Запомните для ЕНТ

Прион = ТОЛЬКО белок (без нуклеиновой кислоты); Вироид = ТОЛЬКО РНК (без белка); Вирус = нуклеиновая кислота + белок!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул10 класс
Число кодонов и нуклеотидов в иРНК:
Nнуклеотидов=3⋅NаминокислотN_{нуклеотидов} = 3 \cdot N_{аминокислот}[нуклеотидов]
Хромосомный набор и количество ДНК в митозе:
Профаза(2n4c)→Метафаза(2n4c)→Анафаза(4n4c)→Телофаза(2n2c)Профаза (2n4c) \rightarrow Метафаза (2n4c) \rightarrow Анафаза (4n4c) \rightarrow Телофаза (2n2c)[n / c]
Хромосомный набор в мейозе:
МейозI:2n4c→1n2c;МейозII:1n2c→1n1cМейоз I: 2n4c \rightarrow 1n2c;\quad \quad Мейоз II: 1n2c \rightarrow 1n1c[n / c]
Частота кроссинговера (расстояние между генами):
r=NкроссоверныхNвсех⋅100%r = \frac{N_{кроссоверных}}{N_{всех}} \cdot 100\%[% (морганиды, сМ)]
Следующая тема

Матричные биосинтезы: репликация ДНК, транскрипция, сплайсинг и трансляция белков

Перейти к теме →