Конформация белков

Структура белков

Первичная структура. Представляет собой линейную цепь аминокислот, расположенных в определенной последовательности и соединенных между собой пептидными связями. Первичная структура каждого индивидуального белка закодирована в молекуле ДНК (участке, называемом геном) и реализуется в ходе транскрипции (переписывании информации на м-РНК) и трансляции (синтез пептидной цепи).

Линейные полипептидные цепи индивидуальных белков за счет взаимодействия функциональных групп аминокислот приобретают определенную пространственную трехмерную структуру, или конформацию. В глобулярных белках различают два основных типа конформации пептидных цепей: вторичную и третичную структуру.

Вторичная структура белка – это пространственная структура, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами аминокислот, входящих в состав белка. При этом пептидная цепь может приобретать регулярные структуры двух типов: a- спираль и b- структуры. Спирализация полипептидной цепи обеспечивается водородными связями, возникающими между амино- карбоксильными группами, пептидной связью, расположенной на противоположных витках спирали, а также гидроксильными группами тирозина и серина.

Наиболее распространенной формой вторичной структуры является a- спираль (полипептидная цепь как бы накручена на воображаемый цилиндр по часовой стрелке, что обусловлено L-аминокислотным составом природных белков). Благодаря исследованиям Л. Полинга в структуре a- спиралей открыт ряд закономерностей (за это открытие Л. Полинг удостоен Нобелевской премии). На каждый виток (шаг) спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, шаг спирали 0,54 нм на виток, а на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм. Угол подъема спирали 26⁰ , через 5 витков спирали (18 аминокислотных остатка или 2,7нм) структурная конфигурация полипептидной цепи повторяется. Не все глобулярные белки спирализованы на всем протяжении полипептидной цепи. В молекуле белка a- спиральные участки чередуются с линейными. В частности, если a- и b- цепи гемоглобина спирализованы, например, на 75%, то лизоцима – на 42%, а пепсина – всего на 30%.

Другой тип конфигурации полипептидных цепей, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и в других фибриллярных белках, получил название b- структуры. В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно или, чаще, антипараллельно, прочно связываются межцепочечными водородными связями между NH- и СО-группами соседних цепей, образуя структуру типа складчатого слоя (плоская форма и похожа на меха гармошки).

В природе существуют белки, строение которых, однако, не соответствует ни b- , ни a- структуре («колагеновая спираль»).Типичным примером таких белков является коллаген – фибриллярный белок, составляющий основу массы соединительной ткани в организме человека и животных.

Третичная структура белка – это пространственная ориентация полипептидной спирали или способ укладки полипептидной цепи в определенный объем. В стабилизации пространственной структуры белков, помимо ковалентных связей (пептидные и дисульфидные), основную роль играют так называемые нековалентные связи (водородные, электростатического взаимодействия заряженных групп – т.н. солевой мостик, межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил, гидрофобные взаимодействия).

Третичная структура белка после завершения его синтеза в рибосомах формируется автоматически, самопроизвольно и полностью предопределяется первичной структурой. Основной движущей силой в возникновении трехмерной структуры является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом неполярные гидрофобные радикалы аминокислот как бы погружаются внутрь белковой молекулы, образуя там «сухие зоны», в то время как полярные радикалы оказываются ориентированными в сторону воды.

Т.о. третичная структура определяет форму белковой молекулы:

- глобулярные белки (форма клубка с неровной поверхностью);

- фибриллярные белки (форма вытянутых нитей, они выполняют опорные функции).

Свои биологические функции белки проявляют на уровне третичной и четвертичной структуры.

Четвертичная структура белка – это способ укладки в пространстве нескольких полипептидных цепей, имеющих первичную, вторичную и третичную структуры. Многие функциональные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями. Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера, мономера или субъединицы, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входящих в его состав протомеров, т.е. возникает новое качество, не свойственное мономерному белку. Образовавшуюся молекулу принято называть олигомером (или мультимером). Олигомерные белки чаще построены из четного числа протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8) с одинаковыми или разными молекулярными массами.