Характеристика биологических компонентов биосенсоров. Белки

Характеристика биологических
компонентов биосенсоров.
Белки и ферменты. Основы
ферментативной кинетики
ферменты
антитела
микроорганизмы
культуры клеток
ткани
ДНК
Аминокислоты и белки
Белки
Особенности строения белков:
включают 20 α-аминокислот, соединенных
амидными (пептидными) связями в линейные
системы (первичная структура белка)
спонтанно формируют надмолекулярные
структуры (вторичная, третичная, четвертичная
структура белка)
содержат дополнительные реакционные центры
– тиольные, карбоксильные группы,
(тио)эфирные группы
содержат низкомолекулярные соединения (вода,
ионы металлов, небольшие органические
молекулы), которые определяют
пространственное строение и
функционирование белков
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
2
Кислотно-основные взаимодействия аминокислот:
Концентрация
Цвиттер‐ион
Обе группы депротони‐
рованы
Обе группы протонированы
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
3
Белки
«Основные» аминокислоты:
Лизин Lys, K
Аргинин, Arg, R
Гистидин, Hys, H
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
4
«Кислые» аминокислоты:
Аспарагин Asn, N
Глутамат, Glu, E
Аспарагин Asp, D
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
Глутамин, Gln, Q
5
Сокращенные обозначения аминокислот
Белки
Кислота
Аланин
Аргинин
Аспарагин
Аспартат
Цистеин
Глутамин
Глутамат
Глицин
Гистидин
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Три
буквы
Одна
буква
Ala
Arg
Asn
Asp
Cys
Gln
Glu
Gly
His
Ile
Leu
Lys
A
R
N
D
C
Q
E
G
H
I
L
K
Кислота
Метионин
Фенилаланин
Пролин
Серин
Треонин
Триптофан
Тирозин
Валин
Аспарагин или
аспартат
Глутамин или
глутамат
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
Три
буквы
Одна
буква
Met
Phe
Pro
Ser
Thr
Trp
Tyr
Val
Asx
M
F
P
S
T
W
Y
V
B
Glx
Z
6
Белки
Первичная структура белка: аминокислотная
последовательность
Пептидная связь
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
7
Белки
Связывание олигопептидов (внеклеточные белки)
Цистеин
Окисление
Восстановление
Цистеин
Цистин
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
8
Пространственные структуры белка
Вторичная структура:
Белки
α-спирали,β-складчатые слои
Третичная структура:
формирование глобулярных стурктур
с гидрофобными полостями
Четвертичная структура:
объединение субъединиц белка
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
9
Белки
α-спирали стабилизированы водородными
связями
1.5 Å
Ферритин
(75% α‐спиралей)
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
10
Белки
β-складчатые слои
3.5 Å
Параллельные,
Антипараллельные
Смешанные.
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
11
Четвертичная структура: гемоглобин человека
Белки
две альфа и две бета субъединицы
4 гема
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
12
Ферменты
Высокая эффективность катализа
Специфичность:
В отношении субстрата;
В отношении катализируемой реакции.
1. Оксидоредуктазы
Перенос электрона
2. Трансферазы
Перенос групп
3. Гидролазы
Гидролиз
4. Лиазы
Присоединение к двойным связым и
обратные реакции
5. Изомеразы
Изомеризация
6. Лигазы (синтазы)
Образование С-С, С-Х связей с
участием АТФ
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
13
Функционирование ферментов
Комплементарное соответствие («ключ‐замок»)
Субстрат
Активный
центр
ES‐комплекс
Фермент
Индуцированное соответствие
Субстрат
ES‐комплекс
Фермент
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
14
Ферменты
Продукт
Стационарное состояние
Время
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
15
k2
⎯⎯⎯
→ E -S ⎯⎯
E + S ←⎯
→E + P
k1
k−1
V
Vmax
1/V
[S]
1/[S]
Vmax [ S ]
V=
K M + [S ]
V/[S]
[S]/V
[S]
V
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
16
Методы определения KM и Vmax
Метод
Способ
линеаризации
(x – y)
Наклон
Лайнуивера
-Берка
1/[S] – 1/V
KM/Vmax
-1/KM
1/Vmax
Иди-Хофсти
V - V/[S]
-1/KM
Vmax
Vmax / KM
[S] - [S]/V
1/Vmax
-KM
KM/Vmax
Хейнса
Пересечение с осями
x
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
y
17
Отклонения от кинетики Михаэлиса-Ментен
Скорость реакции Vo
Сигмоидная зависимость
Субъединицы фермента отличаются по активности.
Кооперативные взаимодействия.
Концентрация субстрата [S]
Биосенсоры в медицине и экологии. Лекция 3
18