СКЛАДНІ БІЛКИ, СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ

Складні білки (протеїди) відносяться до змішаних макромолекул (білок-небілкових комплексів), які містять два компоненти: простий білок і небілкову частину, з’єднані між собою ковалентними або слабкими (іонними, водневими, Ван-дер-ваальсовими та ін.) зв’язками. Якщо небілкова частина приєднана до поліпептиду ковалентними зв’язками, її називають простетичною групою.

Саме небілковий компонент є частиною, що найчастіше зумовлює функціональні особливості складних білків. Наприклад, системи зі сполученими подвійними зв’язками (зокрема, гем) беруть участь в транспорті електронів, активації оксигену та зв’язуванні кисню; значно гідратований вуглеводний компонент протеогліканів дозволяє їм виконувати структурну та захисну роль.

Складні білки досить широко розповсюджені в організмі і виконують цілий ряд найважливіших функцій. Вивчення структурної і функціональної організації протеїдів і їх фізико-хімічних властивостей необхідно для розуміння шляхів метаболізму, патогенезу ряду захворювань і шляхів їх лікування, для розкриття суті “молекулярних” хвороб; в біотехнології, генній інженерії, для розуміння механізмів дії лікарських засобів, отримання фармпрепаратів і їх фарманалізу.

До складних білків відносять нуклеопротеїни, хромопротеїни, фосфопротеїни, глікопротеїни, металопротеїни, складні білки-ферменти та ін.

В медицині використовують препарати на основі складних білків і їх структурних одиниць (нуклеїнат натрію, хлорофіліпт, хонсурид, скловидне тіло, гепарин та ін.).

Хромопротеїни — це складні білки, простетичною групою яких є забарвлені сполуки небілкового характеру, звідси і виникла їх назва (від грецького хромос – барва). Такими забарвленими небілковими компонентами можуть бути порфірини, каротиноїди, флавіни та інші похідні вітамінів тощо.

Гемоглобін — це гемопротеїн, що має четвертинну структуру. Він утворений 4ма субодиницями. До складу кожної субодиниці входить простетична група (гем) і один поліпептидний ланцюг (глобін). Молекула глобіну зв’язана як з макроциклом гему (через залишки пропіонової кислоти, які утворюють з білком іонні зв’язки), так і з атомами феруму – координаційно з імідазольними радикалами залишків гістидину білка. Валентність Феруму при цьому в гемі лишається рівною двом, що дуже важливо для проявлення його біологічної функції. Крім того, важливе значення має гідрофобна взаємодія між гемом та білком.

Функції гему по’язані з наявністю в його макроциклі системи сполучених подвійних зв’язків. Проте саме через цю особливість будови гем є досить небезпечною молекулою з прооксидантними властивостями, і тому в організмі він зв’язується з білками, внаслідок чого утворюються сполуки, що відіграють найважливішу роль в процесах життєдіяльності, зокрема

— гемоглобін – містить гем, зв’язаний з білком глобіном. Ці сполуки транспортують кисень в крові;

— міоглобіни – дихальні пігменти, що знаходяться в м’язових клітинах та схожі за структурою з субодиницею гемоглобіну;

— цитохроми – сполуки, що функціонують як переносники електронів в окисно-відновних реакціях;

— каталази – ферменти, необхідні для захисту клітин від окисних пошкоджень;

— інші ферменти, зокрема, триптофанпірролаза, що беруть участь в різних метаболічних процесах.

Гемоглобін (скорочено Hb) має біологічно важливу особливість – він легко взаємодіє з рядом газів: О₂, СО₂, СО, NO та ін. Найважливішою фізіологічною властивістю гемоглобіну є його дихальна функція: перенесення кисню від легень до тканин, вуглекислоти із тканин в легені.

В рослинах міститься хлорофіл, схожий з гемом. Хлорофіл – магнієвий комплекс заміщеного порфірину, що знаходиться у зв’язаному стані з білком і приймає участь у фотосинтезі рослин. Суміш хлорофілів із листя евкаліпту входить до фармпрепарату “Хлорофіліпт”, який має антибактеріальну активність, особливо відносно стафілококів.

Фосфопротеїни – складні білки, небілкова частина яких представлена залишком фосфатної кислоти (0,50,9%). Фосфатна кислота у фосфопротеїнах зв’язана ефірним зв’язком з гідроксигрупою залишків серину та треоніну, що входять до складу білка. Залишок фосфатної кислоти містять багато структурних білків, поживні — казеїноген молока, вітелін яєчного жовтка, іхтулін ікри риб, ферменти – фосфорилаза, фосфоглюкомутаза, пепсин та ін. Казеїноген-фосфопротеїн молока, який під дією ферментів травлення (пепсин, хімотрипсин та ін.) перетворюється на казеїн, що з солями кальцію утворює казеїнат кальцію, це супроводжується зсіданням молока.

Приєднання та відщеплення залишка фосфатної кислоти – важливий спосіб регуляції активності багатьох ферментів. Фосфопротеїни клітин досить розповсюджені. Фосфорилювання білка впливає на його функцію. За допомогою спеціальних ферментів акт фосфорилювання і дефосфорилювання білків регулює їх функцію в клітині. Фосфорилювання гістонів знижує їх здатність зв’язуватись з ДНК і регулювати біосинтез білків в організмі еукаріот. Крім того, фосфопротеїни є поживним матеріалом для розвитку ембріонів і при інтенсивному рості організмів. Так, казеїноген (казеїн) молока є повноцінним білком, що містить всі незамінні амінокислоти. В молоці він зв’язується не тільки з залишком фосфатної кислоти, але і з іонами кальцію. Разом з казеїногеном до організму надходять фосфатна кислота і кальцій, необхідні для розвитку скелета і процесів обміну речовин. Кальцій і фосфат знаходяться в фізіологічно оптимальних співвідношеннях, завдяки цьому вони добре засвоюються організмом.

Глікопротеїни та протеоглікани – це складні білки, небілковою частиною яких є різні вуглеводи та їх похідні. До складу вуглеводної групи можуть входити гексози, гексозаміни, їх ацетильні похідні (Nацетилглюкозамін, Nацетилгалактозамін), глюкуронова і сіалові кислоти, Lфруктоза, а також гетерополісахариди. Якщо білок в цьому комплексі переважає за масою над вуглеводом, така речовина називається глікопротеїном, а якщо переважає вуглевод – протеогліканом. Саме протеоглікани найчастіше містять гетерополіхасахаридні компоненти (так звані глікозаміноглікани). Гетерополісахариди – це полісахариди, що складаються із залишків різних моносахаридів. До них відносяться гіалуронова кислота, хондроітинсульфати, гепарин та ін. Всі вони мають лінійний вуглеводний ланцюг, який утворюється дисахаридним компонентом, що регулярно повторюється впродовж всього ланцюга і називається повторною ланкою.

Гіалуронова кислота входить до складу сполучної тканини рогівки ока, скловидного тіла, пуповини, серцевих клапанів, шкіри. Повторною ланкою гіалуронової кислоти є дисахарид — Dглюкуронова кислота і Nацетилглюкозамін, що сполучені b–1,3глікозидним зв’язком. Зв’язок між дисахаридними фрагментами — b1,4глікозидний. Гіалуронова кислота має велику молекулярну масу, високу в’язкість, виконує функцію “цементуючої” захисної речовини, забезпечує непроникність сполучної тканини для бактерій, тобто виконує бар’єрну функцію. В тканинах міститься фермент – гіалуронідаза, який розщеплює гіалуронову кислоту і та втрачає в’язкість. При ряді патологічних процесів, особливо при променевій хворобі, посилюється розщеплення гіалуронової кислоти, що призводить до послаблення міцності сполучної тканини і підвищення проникності клітинних мембран. В медичній практиці знайшли застосування ферменти “Лідаза”, “Ронідаза”, що діють так, як і гіалуронідаза, а також препарати із отрути змій та бджіл, що містять гіалуронідазу, гормони кори наднирників та їх аналоги, що пригнічують дію цього ферменту.

Хондроїтинсульфати – головні компоненти хряща, що містяться також в шкірі, сухожиллях, склері, кістках. Повторною ланкою для них є дисахарид — Dглюкуронова кислота і NацетилDгалактозамін, які ще й сульфатовані. Ці речовини виконують опірну механічну роль.

Гепарин – виробляється в організмі людини і тварин, міститься в великих кількостях в печінці, легенях, в менших – в скелетних м’язах, селезінці, серцевому м’язі. Повторна ланка складається із Dглюкозаміна і ідуронової (рідше глюкуронової) кислоти, з’єднаних між собою a1,4глікозидними зв’язками і частково сульфатованих. Гепарин перешкоджає зсіданню крові, приймає участь в обміні ліпідів, жирів та холестеролу, знайшов застосування в медицині як інгібітор зсідання крові, антикоагулянт (у вигляді натрієвої солі).

Глікопротеїнами є транспортні білки (трансферрин, транскортин, гаптоглобін та ін.), фактори зсідання крові (протромбін, фібриноген) імуноглобуліни, ферменти (рибонуклеаза В, холінестераза), гормони (тіреотропін, гонадотропін та ін.). Клітинні глікопротеїни, що знаходяться на поверхні мембран, забезпечують специфічність міжклітинних контактів, впливають на диференціювання тканин.

Ліпопротеїни – переважно нековалентні ліпідбілкові комплекси. Розрізняють вільні ліпопротеїни, що виконують транспортну роль. Це a, b та преbліпопротеїни і хіломікрони плазми крові. Ліпопротеїни переносять ацилгліцерини, фосфоліпіди, стероїди, а також жиророзчинні вітаміни та ін. Структурні ліпопротеїни входять до складу біологічних мембран.