Кафедра молекулярной биологии
Пущинского филиала МГУ
им. М. В. Ломоносова
ПРОГРАММА КУРСА
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Направление: 510600 - Биология
Специализация: 51611 - Биохимия и молекулярная
биология
Составитель: доктор химических наук, профессор
Александр Васильевич Ефимов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Знания о пространственном строении белков и нуклеиновых кислот необходимы специалистам, работающим практически в любой области молекулярной биологии, биохимии и биофизики. Цель настоящего курса в том и состоит, чтобы эти знания дать. Он предназначен для студентов старших курсов, обучающихся по магистерской программе и аспирантов, готовящихся к сдаче кандидатского минимума.
Общий объем курса: 24 часа
Форма проверки знаний: экзамен
ПРОГРАММА
I. Пространственная структура белков.
- Основные понятия и терминология. Белок как линейный гетерополимер. Полипептидная цепь: основная цепь, боковые цепи, аминокислотный остаток, пептидная единица, пептидная группа. Номенклатура аминокислотных остатков на основе свойств боковых цепей. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная, супервторичная, третичная, четвертичная структура. Домены, глобулы. Глобулярные и фибриллярные белки. Классификация белков, основанная на их биологической функции: ферменты, трансферные белки, сократительные белки, защитные белки, гормоны, токсины, ингибиторы и др.
- Способы описания пространственной структуры белков. Стереохимические свойства полипептидной цепи. Длины связей, валентные углы, торсионные углы. Углы j , y , c1, c2, c3, c4,……,w, L-и D-аминокислоты. Стерические карты Рамачандрана и потенциальные карты дипептидов. Основные области разрешенных конформаций полипептидной цепи. Регулярные структуры полипептидной цепи: a-спираль, спираль 310, спираль 27, p -спираль, полипролиновая спираль, b -структура. Отклонения от идеальных геометрических параметров в a-спиральных и b-структурных участках белков. Изогнутость
b-структурных слоев в глобулярных белках (правопропеллерность). Нерегулярные структуры в глобулярных белках.
- Природа сил, стабилизирующих третичную структуру белка. Гидрофобные взаимодействия. Солевые и водородные связи Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. S – S-связи, связи с кофакторами. Стабильность белковых молекул. Основные закономерности строения глобулярных белков: компактность формы, наличие плотноупакованных гидрофобных ядер и полярной оболочки, наличие в большинстве белков
a-спиралей и (или) b-структуры, различных типов супервторичной структуры. Принцип плотной упаковки и запрет дегидратации свободных полярных групп. Стерические запреты. Стуктурная классификация белков (a -белки, b -белки, a /b -белки, (a + b )-белки).
- Связь вторичной структуры с аминокислотной последовательностью. Основные положения стереохимической теории вторичной структуры глобулярных белков. Понятие о статистических методах предсказания
a -спиральных, b -структурных и нерегулярных участков белков.
- Самоорганизация пространственной структуры белковых молекул как процесс, определяемый только первичной структурой белков. Опыты Анфинсена по ренатурации рибонуклеазы. Модель гидрофобной капли Бреслера-Талмуда. Блочный механизм сворачивания белков. Современное состояние проблемы.
- Взаимосвязь структуры и функции. Динамика белковых молекул. Взаимодействие белков с субстратами и кофакторами. Аллостерические эффекты.
- Денатурация белков. Устойчивость белков к действию денатурирующих агентов и повышенной температуры.
II. Структура нуклеиновых кислот
- Первичная структура нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов, нуклеозидов, оснований, сахаров. Типы нуклеиновых кислот (НК), ДНК, РНК. Природа межнуклеотидной связи в НК. Нуклеотидный состав НК, правила Чаргаффа. Определение последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.
- Стереохимические свойства полинуклеотидов. Водородные связи и гидрофобные взаимодействия между азотистыми основаниями. “Стопкообразование” в полинуклеотидах. Конформационные возможности сахарных колец, нуклеотидов и нуклеозидов.
- Структура ДНК. Двойная спираль Уотсона-Крика. Основные предпосылки ее открытия. Принцип комплементарности и его биологическое значение. Регулярность и кооперативность структуры. А-, В- и Z-формы ДНК. Параметры спиралей. Сходство и различие.
- А- и В-формы РНК. Пространственная структура тРНК.
- Пространственная структура нуклеиновых кислот в рибосомах, в нуклеосомах, в вирусах.
- Силы, стабилизирующие пространственную структуру нуклеиновых кислот. Влияние ионной силы раствора на устойчивость нуклеиновых кислот. Взаимосвязь устойчивости НК и их нуклеотидного состава. Денатурация нуклеиновых кислот.
Л и т е р а т у р а:
- Шульц Г., Ширмер Р. Принципы структурной организации белков.М.:Мир.1982.
- Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия.М.:Мир.1984.
- Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М.:Мир.1987.
- Шабарова З.А. Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.:Химия.1978.