I ХРОМОПРОТЕИНЫ

Хромопротеины (ХП) - это сложные белки, простетическая группа которых придает им окраску.

У человека и высших животных большая часть ХП представлена гемопротеинами, простетическая группа, которых имеет геминовую структуру. Имеется и второй вид ХП - флавопротеины, в составе которых простетическая группа - ФАД или ФМН.

ГЕМОПРОТЕИНЫ делят на две группы:

1. Белки - переносчики кислорода (гемоглобин и миоглобин)

2. Белки-ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза)

Все геминовые белки содержат в качестве небелковой группы структурно похожие порфирины. Но различаются по структурной организации белковой части молекулы, что обеспечивает разнообразие их функций.

Гемоглобин (Hb) имеет молекулярную массу 80000 Да. Это сложный белок с четвертичной структурой: состоит из нескольких субъединиц. У Hb 4 субъединицы. Каждая субъединица состоит из небелковой части - гема и белка глобина (всего 4 гема и 4 глобина в молекуле гемоглобина).

Гем имеет тетрапиррольную структуру, т.е. состоит из 4-х замещенных пиррольных колец, соединенных между собой с помощью метиновых мостиков. Эта структура называется порфирином (без железа). Протопорфирин, в который включено железо, называется ГЕМ.

Железо в Hb имеет степень окисления “+2” и координационное число 6. Двумя ковалентными связями Fe связано с азотами пиррольных колец. Две координационные связи идут на связь с остатками гистидина в молекулах глобина. Белковая часть Hb состоит из 4-х попарно одинаковых протопорфириновых циклов.

Молекула HbA (Hb взрослого человека) содержит- 2 альфа- и 2 бета-полипептидные цепи. Этот тип гемоглобина составляет приблизительно 95-97% от всего количества гемоглобина в крови.

HbA₂ (2 альфа- и 2 дельта-цепи) у взрослого примерно 2%.

HbF (2 альфа и 2 гамма-цепи) - примерно 2% у взрослого. HbF - фетальный гемоглобин. В крови новорожденного такого гемоглобина содержится примерно 80%. В отличие от HbA этот тип гемоглобина имеет гораздо большее сродство к кислороду.

В крови человека иногда встречаются аномальные формы гемоглобина, которые отличаются от нормального Hb по аминокислотному составу полипептидных цепей. При этом изменяются изоэлектрическая точка, заряд, форма белковой молекулы. Заболевания, которые связаны с изменением структуры полипептидных цепей называются гемоглобинопатиями.

Серповидноклеточная анемия - характеризуется появлением HbS. В бета-цепи глутаминовая кислота заменена на валин вследствие мутации. Это приводит к изменению свойств Hb. Возрастает гидрофобность молекулы. Молекулы агрегируют. Эритроцит под микроскопом выглядит как серп.

В ряде случаев наблюдается одно из нарушений синтеза нормальных цепей Hb. Если нарушается синтез бета-цепей - то заболевание называется: бета-талассемия. Если нарушен синтез альфа-цепи, то альфа-талассемия.

РОЛЬ ГЕМОГЛОБИНА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА.

Функция - перенос кислорода. В легких происходит связывание с О₂ - из дезоксигемоглобина (Hb) образуется оксигемоглобин (Hb*O₂):

Hb + O₂ ----> HbO ₂

Присоединение кислорода идет за счет образования координационных связей. Присоединение кислорода не меняет валентности железа.

Hb способен без изменения степени окисления Fe присоединять и СО₂. Это соединение называют карбгемоглобином (Hb*CO₂). Такая форма не является стойкой и поэтому гемоглобин очень легко отдает СО₂. В таком виде из тканей к легким переносится всего от 3 до 10% СО₂.

Возможно образование соединения с оксидом углерода (II) - угарным газом (СО). Такое соединение называют карбоксигемоглобин (Hb*CO). Присоединение также происходит за счет координационных связей, но СО обладает высоким сродством к Hb, и, поэтому Hb теряет способность переносить кислород. Вытеснить СО из комплекса с Hb можно только при повышении концентрации кислорода в крови. Например, путем вдыхания чистого кислорода или усиленной вентиляцией легких воздухом.

Миоглобин - белок мышечной ткани. По строению похож на одну субъединицу Hb, т.е. состоит из одного гема и одного глобина. Эта полипептидная цепь (глобин) похожа на полипептидную цепь Hb. Молекулярная масса миоглобина - примерно 17 000 Да).

Миоглобин имеет очень высокое сродство к кислороду, гораздо больше, чем Hb. Это позволяет миоглобину гораздо более эффективно связывать и запасать кислород для обеспечения им митохондрий в работающей мышце.

II НУКЛЕОПРОТЕИНЫ – это сложные белки, небелковым компонентом которых являются нуклеиновые кислоты – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) или РНК (рибонуклеиновая кислота). В живом организме нуклеиновые кислоты находятся в диссоциированном состоянии. В составе белковых компонентов очень много положительно заряженных аминокислот – аргинина и лизина, поэтому их можно отнести к поликатионам (гистоны). Белковые компоненты подвергаются обмену, как простые белки.

Молекулы нуклеиновых кислот заряжены отрицательно, поэтому они образуют с положительно заряженными белковыми компонентами ионные связи.

Нуклеиновые кислоты – линейные (реже – циклические) гетерополимеры, их мономерами являются мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из трех частей: 1) азотистого основания (у всех нуклеиновых кислот), пентозы (рибозы у РНК или дезоксирибозы у ДНК) - вместе они составляют нуклеозид, и остатка фосфорной кислоты. Номенклатура различных мононуклеотидов представлена в таблице, а их строение - на рисунках.

НОМЕНКЛАТУРА НУКЛЕОТИДОВ

Азотистое основание	Нуклеозид	Нуклеотид
Аденин	Аденозин	аденозинмонофосфат(АМФ)
Гуанин	Гуанозин	гуанозинмонофосфат(ГМФ)
Урацил	Уридин	уридинмонофосфат (УМФ)
Тимин	Тимидин	тимидинмонофосфат (ТМФ)
Цитозин	Цитидин	цитидинмонофосфат (ЦМФ)

ТМФ встречается только в ДНК, а УМФ - только в РНК. Если в составе мононуклеотида имеется дезоксирибоза, то в начало его названия добавляется приставка “дезокси-“.

В составе нуклеиновых кислот мононуклеотиды связаны 3’,5’-фосфодиэфирными связями между рибозами (дезоксирибозами) соседних мононуклеотидов через остаток фосфорной кислоты (смотрите рисунок «фрагмент молекулы РНК»). Поэтому, если молекула нуклеиновой кислоты не является циклической, концы ее различны.

Один из них обозначается как 3'-конец, а другой – 5'-конец. Начальным считается 5’-конец.

Молекулярная масса нуклеиновых кислот сильно варьирует, но в целом очень большая, особенно у ДНК. В ядре клетки человеческого организма содержится 46 молекул ДНК, в составе каждой из них – 3,5 миллиарда пар мононуклеотидов. В митохондриях есть циклическая ДНК, ее молекула содержит 16 тысяч пар мононуклеотидов.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ.

1. ДНК: хранение генетической информации.

2. У РНК функции более многообразны:

а) хранение генетической информации (информосомы, некоторые РНК-вирусы;

б) реализация генетической информации: и-РНК (м-РНК) - информационная (матричная), т-РНК (транспортная), р-РНК (рибосомальная). Все они обслуживают процесс синтеза белка.

в) каталитическая функция: некоторые молекулы РНК способны катализировать реакции гидролиза 3’,5’-фосфодиэфирной связи в самой молекуле РНК. Показано, что некоторые молекулы РНК способны одним своим участком катализировать гидролиз фосфодиэфирных связей другого участка своей молекулы. Такое явление обозначается термином «самосплайсинг». Каталитические РНК называют рибозимами.