Запитання та завдання
1. Утворення згинів і внутріцепочечпих поперечних зв'язків у поліпептидних ланцюгах.
Вкажіть, де у зображеному нижче поліпептиді можливе утворення вигинів або поворотів ланцюга. Де можуть утворитися внутрішньоланцюгові дисульфідні поперечні зв'язки?
2. Розташування специфічних амінокислот у глобулярних білках. За даними рентгеноструктурного аналізу міоглобіну та інших одноланцюгових глобулярних білків невеликих розмірів було зроблено низку узагальнень щодо укладання поліпептидних ланцюгів розчинних білків. Виходячи з цих узагальнень, вкажіть найбільш ймовірне розташування (всередині або на поверхні молекули глобулярного нативного білка) амінокислотних залишків аспарагінової кислоти, лейцину, серину, валіну. глутаміну та лізину. Поясніть свою відповідь.
3. Утворення функціонуючих білків з полімерів. Білок має біологічну активність лише в тому випадку, якщо він має правильну тривимірну структуру. Синтез білків грунтується на інформації, що міститься у лінійній, тобто. одномірної кодуючої послідовності ДНК. Відповідно до цієї інформації рибосоми здійснюють складання лінійної, одновимірної, послідовності амінокислот. Враховуючи ці факти, поясніть, яким чином у клітинах можуть формуватися біологічно активні білки, що мають специфічну тривимірну структуру. Наведіть якісь експериментальні дані, що підтверджують ваші пояснення.
4. Дисульфідні поперечні зв'язки та укладання поліпептидного ланцюга білка. Гінотезу про те, що характер згортання поліпептидного ланцюга білка (тобто його вторинна та третинна структури) визначаються його лінійною амінокислотною послідовністю, можна перевірити, якщо дати розгорнутим білковим молекулам знову мимоволі згорнутися. Визначивши біологічну активністьбілка до розгортання його ланцюгів і після згортання (ренатурації), можна обчислити частку білкових молекул, повернувшихся в нативний стан. Наприклад, рибонуклеаза повністю розгортається після розриву її чотирьох дисульфідних поперечних зв'язків та подальшої обробки 8 М сечовиною. Якщо потім видалити сечовну шляхом діалізу і створити відповідні умови для утворення нових дисульфідних поперечних зв'язків, активність рибонуклеази відновлюється на 95-100%. Схема цього експерименту показано на рис. 8-8. Нижче наведено результати аналогічних дослідів щодо ренатурації інших білків:
а) Якби утворення чотирьох дисульфідних поперечних зв'язків у процесі згортання ланцюга рибонуклеази відбувалося в результаті абсолютно випадкової взаємодії залишків цистеїну, можна очікувати, що активність ферменту після ренатурації складе всього 1% вихідної активності. Чому вона була б такою низькою?
б) Активність рибонуклеази, лізоциму та лужної фосфатази, що відновлюється після ренатурації цих білків, виявляється набагато вищою за ту. яку слід було б очікувати, виходячи з припущення про випадкове утворення дисульфідних поперечних зв'язків. Поясніть це спостереження.
в) Один із білків, наведених у таблиці, а саме інсулін, явно виділяється з усіх інших.
Спостережувана активність інсуліну після його ренатурації виявляється дуже низькою і практично збігається з активністю, передбаченою з припущення про випадкове утворення дисульфідних зв'язків. Що можна сказати про нативну структуру інсуліну на основі цього спостереження? Спробуйте уявити, як формується нативна структура інсуліну.
5. Число поліпептидних ланцюгів в олигомерном білку. Деяка кількість (660 мг) олігомерного білка з молекулярноюмасою 132 000 обробляли надлишком 2,4-динітрофторбензолу в слаболужному середовищі аж до завершення хімічної реакції. Потім пептидні зв'язки білка були піддані повному гідроліз шляхом нагрівання білка в присутності концентрованої . У гідролізаті містилося 5,5 мг наступної сполуки:
Жодних інших 2,4-динітрофенільних похідних, що утворюються в реакції з аміногрупами амінокислот, виявлено не було.
а) Поясніть, чому ці дані можна використовувати для визначення кількості поліпептидних ланцюгів в олігомерному білку.
б) Розрахуйте кількість поліпептидних ланцюгів у цьому білку.
6. Молекулярна маса гемоглобіну. Перша вказівка на те, що білки по молекулярній масі набагато перевершують відомі на той час органічні сполуки, отримано понад 100 років тому. Наприклад, вже тоді було відомо, що гемоглобін містить 0,34 вага % заліза.
а) Виходячи з цієї інформації, визначте мінімальну молекулярну масу гемоглобіну.
б) Наступні експерименти показали, що справжня молекулярна маса гемоглобіну дорівнює 64 500. Яку інформацію звідси можна отримати кількість атомів заліза в гемоглобіні?
7. Упаковка гемоглобіну в еритроцитах людини. У крові людини міститься 160 г гемоглобіну на 1 л крові. На 1 мл крові припадає близько 7 еритроцитів. Хоча кожен еритроцит має форму двояковогнутого диска, для простоти розрахунків ми розглядатимемо їх просто як циліндри наступних розмірів:
а) Розрахуйте, скільки гемоглобіну (за вагою) міститься у одному еритроциті.
б) Скільки молекул гемоглобіну міститься в одному еритроциті?
в) Розрахуйте обсяг одного еритроциту.
г) Гемоглобін – глобулярний білок, молекула якого має діаметр 6.8 нм.Яку частку обсягу всіх еритроцитів займає гемоглобін?
д) Відношення загального обсягу гемоглобіну до загального обсягу еритроциту (див. вище пункт г) не дає чіткого уявлення про те, наскільки тісно запаковані у клітині молекули гемоглобіну. Слід пам'ятати, що при упаковці сферичних молекул порожній простір між сферами складає значну частку загального обсягу. Виходячи з припущення, що гемоглобін в еритроциті упакований у вигляді кубічної решітки, як показано на малюнку, розрахуйте загальний об'єм решітки, зайнятої молекулами гемоглобіну в одному еритроциті, і порівняйте його з об'ємом еритроциту.
Наскільки тісно запаковані молекули гемоглобіну в еритроциті?
е) У світлі вашої відповіді на попереднє питання (пункт д) оцініть, чи розташовані молекули гемоглобіну в еритроцитах досить близько один від одного, щоб взаємодіяти між собою.
Якщо так, то чи може взаємодія між молекулами гемоглобіну S у серповидних еритроцитах вплинути на їхню форму?
8. Роль міоглобіну у запасанні тканинами кисню.
а) Тканини тварин містять близько 70% (за вагою) води. Концентрація кисню у тканинній воді у нормі становить . Розрахуйте, яка кількість кисню може бути запасена в 1 кг тканини у вигляді розчиненого у воді газу.
б) У більшості тканин ссавців міститься міоглобін, призначений для запасання кисню. У людини найбільша кількість міоглобіну міститься у тканині серця, де вона становить 0,7% (за вагою) всієї маси тканини. Розрахуйте, скільки кисню (у грамах) може бути запасено в 1 кг серцевої м'язової тканини людини. Порівняйте отримане значення із відповіддю питанням, поставлений у пункті а.
9. Порівняння властивостей гемоглобінів, що містяться в еритроцитах матеріта плоду. При вивченні транспорту кисню у вагітних самок було показано, що криві насичення гемоглобіну киснем у крові матері та плода, отримані в тих самих умовах, сильно різняться. Це зумовлено присутністю в еритроцитах плода гемоглобіну (гемоглобін ), який за своєю структурою відрізняється від звичайного гемоглобіну А що міститься в еритроцитах матері.
а) Який гемоглобін володіє за фізіологічних умов більш високою спорідненістю до кисню - гемоглобін А чи гемоглобін F? Поясніть відповідь.
б) Яке фізіологічне значення має той факт, що два гемоглобіни мають різну спорідненість до кисню? Поясніть відповідь.
в) Якщо з препаратів гемоглобіну А і F ретельно видалити весь 2,3-дифосфогліцерат (ДФГ), криві їх насичення киснем змістяться вліво (тобто спорідненість гемоглобінів до кисню підвищиться).
Однак у гемоглобіну А спорідненість до кисню при цьому стає вищою, ніж у гемоглобіну F. Якщо препарати гемоглобіну знову додати ДФГ, то криві насичення киснем приймуть колишній вигляд, показаний на малюнку. Який вплив ДФГ на спорідненість гемоглобіну до кисню? Як на основі наведеної вище інформації можна пояснити відмінність у спорідненості до кисню у гемоглобінів матері та плода?
10. Ідентифікація мутантного гемоглобіну. Препарат мутантного гемоглобіну піддали трипсиновому гідролізу, а потім одержали пептидну карту. При цьому з'ясувалося, що мутантний гемоглобін відрізняється від нормального гемоглобіну А тим, що містить в одному з пептидів замість залишку аспарагіну залишок лізину.
а) Навіщо проводиться гідроліз гемоглобіну трипсином?
б) Яким із перерахованих у табл. 8-4 мутантних гемоглобінів міг би бути досліджуваний гемоглобін?
в Якможна було б виявити цей мутантний гемоглобін більш швидким та простим способом?
11. Як відрізнити гемоглобін С від гемоглобіну S? При зберіганні в холодильнику двох проб крові, одна з яких містила гемоглобін С, а інша гемоглобін S, було втрачено відповідні наклейки. Як визначити, в якій пробі міститься гемоглобін С, а який гемоглобін S (див. табл. 8-4)?